斜发沸石去除高温凝结水中铁离子的性能研究

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在高温凝结水回收系统中,由于凝汽器泄露、金属腐蚀等原因,凝结水中存在着一定的污染,产物主要是铁的氧化物及游离的二价铁离子。传统的凝结水除铁方法,难以克服离子交换剂不耐高温的缺点,因此研究带温条件下的除铁方法,对于优化处理设备,节能降耗,提高经济和社会效益具有重要意义。沸石是碱金属和碱土金属的含水网状铝硅酸盐物质,天然沸石为无机矿物,高温下稳定性较好。在一定条件下,沸石内部骨架中的阳离子可以和溶液中的阳离子进行交换。本文以活化斜发沸石为研究对象,模拟高温状态的凝结水,进行静态实验研究,分析了离子交换过程的影响因素,并运用热力学方法对交换机理进行了探讨。综合分析了温度、pH值、溶液浓度、沸石量等对离子交换过程的影响,并对单因素变量做了实验分析。实验表明,沸石对铁离子的去除效果明显,普遍在70%以上,各因素对离子交换过程的影响,pH值最大,其次为温度、沸石量,最后是溶液浓度。热力学分析为在求得交换平衡常数的基础上,绘制Kielland图,求得了吉布斯自由能△G0、标准熵AS0、焓变△H0。等热力学参数。结果表明,AG。都小于零,说明反应为自发反应,能够自发进行;△H0为负值,说明活化斜发沸石对Fe2+的离子交换反应为放热反应,温度变化对离子交换的影响较小,高温时除铁效果较明显;△S。大于零,表明该反应过程为熵增反应,但熵变值较小在动力学实验的基础上,绘制了动力学曲线,并进行了一级动力学和二级动力学验证,实验数据与二级动力学方程拟合较好,说明离子交换反应过程符合单分子层吸附机制,满足单分子层吸附机制推导的固液吸附动力学方程。用缩核模型推导了有效扩散系数的计算方法,在求得有效扩散系数的基础上,推导出适合本课题的离子交换传质模型,分析了溶液温度、粘度、密度、离子的扩散系数等对传质过程的影响,结果表明,传质系数随温度和有效扩散系数和增大而增大,但有效扩散系数影响不明显;随溶液密度和粘度的增大而减小,密度的影响效果不明显。研究结果表明,活化沸石适合于工业热力系统的高温凝结水除铁,本课题对此做了初步的探讨,对高温凝结水的除铁处理研究提供了一定的参考依据。
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