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研究生:廖柏欽
研究生(外文):Po-Chin Liao
論文名稱:沸石於不同濃度銨離子溶液中之離子交換能力
論文名稱(外文):Ion exchange of zeolites in different concentrations of ammonium solution
指導教授:陳惠芬陳惠芬引用關係
指導教授(外文):Huei-Fen Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:應用地球科學研究所
學門:自然科學學門
學類:地球科學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:101
中文關鍵詞:沸石離子交換
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本研究使用不同濃度的銨離子溶液,來探討初始銨離子濃度的不同對於沸石的除銨能力的影響,並且觀察由低濃度至高濃度除銨結果有何改變。實驗方法為利用不同起始濃度的銨離子溶液500ml,加入5g的沸石粉末,沸石的種類包括絲光沸石(Mordenite)分為顆粒(particle)狀及粉末(powder)狀兩種、菱沸石(Chabazite)、毛沸石(Erionite)、鋇十字沸石(Merlinoite)及P沸石(Zeolite-P),並在不同反應時間抽出5cc溶液,接著使用分光光度計來測量溶液中的銨離子濃度,以及使用感應耦合電漿測量溶液中Na+、K+、Mg2+和Ca2+離子濃度用以計算各種沸石吸附銨離子時,沸石的離子交換量與吸附量。研究結果顯示,在銨離子溶液為10 ppm、300 ppm和600 ppm時,沸石之除銨量明顯的隨著濃度上升而持續往上增加,而除銨率則是隨著濃度上升而減少。
在感應耦合電漿的分析結果顯示,絲光沸石離子交換量由多到寡順序為Ca2+>Na+>K+>Mg2+;菱沸石為Na+>Ca2+>Mg2+>K+;毛沸石為Na+>Ca2+>K+>Mg2+,最優先被釋放出之離子大部份為沸石本身所含最高濃度之離子,而之後被釋放出之離子則為沸石對於各離子選擇的不同而產生的差異,表示各種沸石有不同的主要離子以及離子選擇性,影響到所釋放出用來與銨離進行交換的其它離子含量。概括性而言,就同一族的元素來說,離子半徑較小者是優先被釋放之離子,例如:Na+>K+、Ca2+>Mg2+。意味著沸石優先選擇離子半徑較大的元素如K+及Mg2+離子。
沸石的除銨機制可分為離子交換作用與物理性吸附作用。本研究結果顯示不論銨離子濃度高低主要的除銨作用皆以離子交換為主。

In this study, we have used different concentrations of ammonium solution and observed change ofammonium removal of zeolites in different concentration. We used different kinds of zeolites include mordenite(powder), mordenite(particle), chabazite, erionite, merlinoite and zeolite-p. This experimentused 500ml different concentrations ammonium of solution, andthen added 5g zeolite powder. The results showthatconcentration increasing and ammonium amounts are removed more, but ammonium removal efficiency is opposite. Atmordenite,ion exchange amounts from high to lowwasCa2+>Na+>K+>Mg2+, at chabazite was Na+>Ca2+>Mg2+>K+ and at erionite was Na+>Ca2+>K+>Mg2+. The first released ion is the highest concentration in zeolite, the second released ion in each zeolites are different. There are different contents in different zeolites. In same group, smaller ionic radius is the priority be release (ex: Na+>K+,Ca2+>Mg2+). Mechanisms of zeolites removal ammonium consist with the ion exchange and adsorption. In this study, the results show that they are all dominated by ion exchange in different ammonium concentrations of solution.
摘要………………………………………………………………………………………………………………………………….…..I
目錄…………………………………………………………………………………..III
表目錄………………………………………………………………………………...V
圖目錄………………………………………………………………………………..VI
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2 沸石的應用 2
1.3 研究目的 4
第二章 實驗方法與步驟 6
2.1 實驗材料 6
2.1.1 銨離子水溶液 6
2.2 實驗儀器 7
2.3 實驗方法 11
2.3.1沸石合成與處理 12
2.3.2 銨離子吸附實驗 14
2.3.3 X光粉末繞射分析 14
2.3.4 分光光度計之銨離子濃度分析 15
2.3.5 感應耦合電漿之鎂、鈣、鈉和鉀離子濃度分析 17
第三章 實驗結果 18
3.1 合成沸石 18
3.1.1 Merlinoite之合成條件與結果 18
3.1.2 Zeolite-P之合成條件與結果 19
3.2 銨離子吸附結果 20
3.2.1 天然沸石銨離子吸附結果 21
3.2.2 合成沸石銨離子吸附結果 29
3.3 鈉、鉀、鎂及鈣離子交換結果 33
3.3.1 天然沸石之離子交換結果 33
第四章 討論 44
4.1 銨離子濃度對於除銨率之影響 44
4.2 等溫吸附方程式與吸附原理 46
4.2.1 吸附作用 46
4.2.2 吸附等溫線(Adsorption isotherms) 46
4.3 沸石矽鋁比值與除銨率結果之比較 57
4.4 離子交換選擇性 67
第五章 結論 68
參考文獻 70
附錄一 銨離子吸附實驗數據 73
附錄二 前人研究銨離子吸附實驗數據 82

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