[发明专利]一种选择性去除铵的离子筛及其制备方法

说明书

本发明提供一种选择性去除铵的离子筛及其制备方法，属于无机材料领域，所述离子筛为锰系2×2晶格结构，对半径在范围内的离子有特异选择性，可选择性去除水中铵离子，采用1～5mol L^‑1氯化钠进行再生即可循环使用。本发明利用钠离子作为模板离子经过程序升温控制材料成晶及晶体生长过程，使得锰系氧化物沿着钠离子生长，最终形成以二氧化锰为晶格的2×2的晶型结构。所述离子筛选择性好、吸附量大、再生性能好、不需复杂的改性处理即可使用，具有工业应用的价值。

技术领域

本发明属于无机材料领域，具体涉及一种选择性去除铵的离子筛及其制备方法

背景技术

近年来，由于含铵离子废水的排放，水体富营养化现象严重。氮是水中生物基本的营养物质，但是水体中氮的含量过高，会使藻类大量繁殖，水中溶解氧锐减，导致水质严重退化。长期以来，尽管污水处理技术不断改进，对铵离子态氮等无机营养物质的去除效果已有大幅度提高，但是对中水中氨氮的去除却依然存在运行费用高的缺点，阻碍了中水的回用。

离子交换法是处理低浓度氨氮废水的常用技术之一，目前，市场上的铵离子吸附材料多为A型分子筛、天然斜发沸石或活性炭(邓惠萍等人，沸石和活性炭除铵离子、有机物的互补作用，《中国给水排水》2004,5：50-53)。分子筛具有多孔性，对离子有一定吸附作用，其孔径的大小使其可对某些离子进行优先吸附和交换，活性炭作为多孔疏松材料对各种离子、有机物均会有一定的吸附作用。离子交换法处理含铵离子废水，不需要向水中添加药剂，且不需要加热，是一种非常有应用前景的方法，但传统交换剂交换容量低、选择性差、再生性差，导致此方法很难大规模应用。

谭欣等人合成的铵离子筛(韩静，铵离子筛的成型过程及其在中水脱铵中的应用[D]，2007，天津大学)对铵离子的吸附量与天然沸石相比大大增加，但是该材料对水中铵离子的选择性较差，实际水体中含有大量的钙、镁离子，在吸附过程中会与铵离子产生竞争，使得铵离子的吸附效果大大下降。此外，目前用于吸附水中铵离子的离子筛在制备过程，需要用硝酸进行质子化预处理，改性困难，并且其再生过程也需要使用强硝酸进行处理，不经济的同时存在一定的危险性。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种选择性去除铵的离子筛及其制备方法。

本发明的原理是利用钠离子作为模板离子，通过程序升温控制材料成晶及晶体生长，使得锰系氧化物沿着钠离子生长，最终形成以二氧化锰为骨架的2×2的晶型结构。由于模板离子的引入，二氧化锰骨架发生畸变，部分锰变价形成钠型电中性的材料。由于其特殊的晶型和晶体结构，其对半径的阳离子有特异的选择性吸附作用，铵离子的离子半径为钠离子的离子半径为镁离子的离子半径为钙离子的离子半径为这种尺寸效应使得所述铵离子筛可实现对铵的特异性选择(如图1所示)。

一种选择性去除铵的离子筛，具有以下特征：

所述离子筛为锰系2×2晶格结构，

所述离子筛为钠型铵离子筛，不需要用高浓度酸进行质子化预处理，即可使用；

所述离子筛对半径的离子有特异性选择，可选择性吸附水中铵离子；

所述离子筛采用1～5mol L-1氯化钠进行再生即可循环使用，不需要采用高浓度酸进行再生。

一种选择性去除铵的离子筛的制备方法，包含以下步骤：

含锰化合物与含钠化合物按照物质的量比8:1～1:4，混合研磨后置于高温箱式炉中，升温至550～650℃，烧制时间3～24h。反应后用清水清洗至中性或弱碱性即可使用，工艺流程如图2所示。

所述含钠化合物在反应过程中充当为离子模板，所述含锰化合物在反应过程中作为骨架结构。

所述含锰化合物为碳酸锰、醋酸锰等二价锰盐中的一种；