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苏皖地区存在大量的凹凸棒石矿石,其在开采过程中会产生大量的蛋白石废弃物,如何将这些废弃物进行合理的资源化利用是一个值得研究的课题。本文利用从凹凸棒石-蛋白石矿石中分离出来的蛋白石为原料,通过水热合成法制备4A沸石,并使用响应曲面法对合成条件进行优化,同时对于蛋白石向4A沸石的转化机理进行了讨论和分析。以优化条件下合成的4A沸石为吸附材料,进行水体中汞离子和氨氮去除的静态吸附实验,探究4A沸石对水中汞离子和氨氮的去除效果,并考察pH、离子强度、时间、温度、固液比、干扰离子等对吸附过程的影响。得出以下结论:(1)XRD和SEM结果表明,对原材料进行的酸浸预处理可有效分解蛋白石中夹杂的凹凸棒石、白云石等杂质矿物,且以蛋白石为原料可成功制备出4A沸石。在单因素实验的基础上,根据Box-Behnken的中心组合设计原理,分析了各因素间交互作用,并得到了最优的合成工艺为:Na20/SiO2=1.02,H20/Na20=38.17,SiO2/A12O3=2.09,且在此条件下,产物的 CEC 为 2.99mmol/(g·干沸石)。(2)最优条件下合成的4A沸石的除汞静态实验中,酸性环境、较低的离子强度有利于汞离子的去除,吸附在2h左右即可达到平衡,且动力学数据表明4A沸石对汞离子的去除更符合准二级动力学模型,内扩散模型显明吸附过程由快速吸附、渐进吸附和平衡吸附三阶段组成。Langmuir模型(R2>0.995)更符合实验数据,在298 K温度下,4A沸石去除汞离子达到最大吸附容量41.99mg/g。通过SEM、FTIR和XPS表征手段结果分析可知,4A沸石除汞离子的机理主要是离子交换。选择性吸附实验中,Pb2+、Cu2+和Ca2+对4A沸石除汞均有抑制作用,NaNO3对吸附汞离子后的4A沸石有良好的解析作用。(3)以最优条件下合成的4A沸石作为吸附材料除氨氮实验中,氨氮剩余浓度随着固液比的增加先降低后趋于平缓,弱碱性条件和低离子强度更有利于4A沸石对氨氮的吸附。优化条件下的4A沸石对氨氮的吸附效果要优于非优化条件下合成的4A沸石,且Freundlich模型更适合于实验数据的拟合,计算得到最大吸附容量可达53.1 1mg/g。吸附在1h左右达到平衡,准二级动力学方程能更好地描述吸附过程,溶液中NH4+和Na+含量随吸附时间的变化情况可以说明4A沸石除氨氮的机理是离子交换。热力学结果说明4A沸石吸附氨氮是一个放热的、白发的、由有序向无序发展的过程。表征结果表明氨氮确实被吸附到4A沸石上了。