沸石除銨機制之探討

Abstract

本研究使用之天然沸石與合成沸石包括絲光沸石（Mordenite）、菱沸石（Chabazite）、毛沸石（Erionite）、斜髮沸石（Clinoptilolite）與鋇十字沸石（Merlinoite）、P沸石（Zeolite P）等。銨離子水溶液之起始濃度為20mg／l、50mg／l及100mg／l。實驗中將500ml之銨離子水溶液與5g沸石粉末混合進行除銨反應，在等時間間距抽取水樣，至離子濃度趨近平衡。再利用感應耦合電漿原子放射光譜儀與分光光度計測量水溶液中的Na(上標 +)、K(上標 +)、Ca(上標 2+)以及NH4(上標 +)之濃度變化，並用反應終點濃度來解釋沸石除銨的行為機制。沸石之化學組成則使用電子微探儀測量。沸石的除銨機制可區分為離子交換及物理吸附作用二種，本研究顯示低濃度時主要是以離子交換的方式去除NH4(上標 +)，隨濃度的增加，離子交換作用的百分比降低，而物理性吸附作用的百分比則逐漸增高。沸石之離子交換量（NH4(上標 + 下標 ion)）和沸石中陽離子總數成正相關性；而物理吸附（NH4(上標 + 下標 ads)）和沸石中陽離子總數成負相關性。意味著陽離子數越多，沸石之離子交換性能越好，但其相對的物理吸附效能較差。從Si／Al比值發現離子交換作用的比例隨Si／Al增加而減少，而物理性吸附作用的比例則隨Si/Al比增加而增加。在NH4(上標 +)的起始濃度為100mg／l之情況下，由於沸石中的離子交換逐漸達到飽和，而以濃度梯度控制作用為主，會導致物理吸附作用的增加。