磷酸銨鎂的熱解行為研究

2009年第7湖化學(xué)T程|裝備2009年7月Chemical Engineering 段Equipaent磷酸銨鎂的熱解行為研究彭佳樂(lè )，周康根，姜科(湖南長(cháng)沙中南大學(xué)冶金院，湖南長(cháng)沙410083)摘要:為了明確磷酸銨鎂的熱解性能，考察了100C、200C、300C、400C 下磷酸銨鎂熱解過(guò)程中的氨氮釋放韋和正磷酸根含量隨時(shí)間的變化規律:考察了氫氧化鎂與氫氧化鈉對磷酸銨鎂熱解行為的影響，發(fā)現氫氧化鎂能促進(jìn)氨的釋放并抑制正磷酸根向焦磷酸根轉化:投加氫氧化鈉可在正磷酸根不損失的前提下，使MAP中的氨氤釋放率達到9%以上。關(guān)鍵詞:磷酸銨鎂;熱解;氫氧化鎂;氫氧化鈉前言1.1主要試劑與材料氮是生物活動(dòng)必需的營(yíng)養元素之一，但是如果試劑: Na2HPO:12H2O ，MgCl26H2O ，水體中氮的含量太高又會(huì )造成環(huán)境污染。在我國水(NH)2SO4，NaOH, 以上均為分析純。納氏試體污染因素中氨氮是非常重要的污染物["2)。目前對劑9、 鉬酸銨、釩酸銨0。模擬氨氦廢水:用銨鹽這類(lèi)廢水主要是通過(guò)生物法叫、化學(xué)沉淀法、吹脫加去離子水配制。法(、折點(diǎn)氯法')進(jìn)行處理,各種方法均存在一定優(yōu)1.2主要儀器:缺點(diǎn)。磷酸銨鎂(MAP)化學(xué)沉淀法處理高濃度氨JB-3定時(shí)恒溫磁力攪拌器，420酸度計，氮廢[外叼，具有簡(jiǎn)單、快速、高效等優(yōu)點(diǎn)，然而該VIS-7220可見(jiàn)光分光光度計，管式屯磁爐。法消耗大量磷鹽和鎂鹽，造成反應成本高，以及磷1.3實(shí)驗方法酸銨鎂容易造成二次污染，一直以來(lái)都是限制該方1.3.1 MAP的制備及熱解法實(shí)際應用的最重要因素。因此如何降低藥劑消配制7200mg/L的(NH4)2SO4溶液，按N: P:耗，開(kāi)發(fā)磷酸銨鎂的回用和綜合利用技術(shù)，對于磷Mg=1: 1: 1,順次將NazHPO;:12H2O和MgClr6H2O酸銨鎂沉淀法在實(shí)際工程中的應用具有重要意義。加入IL該溶液中(待前一藥劑全部溶解后再加入后磷酸銨鎂在不同溫度下發(fā)生熱分解反應，其分一藥劑)， 用5mol/L NaOH穩定廢水pH值為9"。解產(chǎn)物可循環(huán)用于氨氮的吸附，是降低藥劑消耗的20C下磁力攪拌20分鐘后過(guò)濾，將得到的固相沉淀可能途徑。根據分解溫度的不同，磷酸銨鎂可分解物洗滌后，在干燥箱中于40C卜下干燥48小時(shí)，產(chǎn)物成不同的產(chǎn)物，包括:Mg3(PO4): MgHPO4 和充分研磨后密封保存，即得到MAP。將制得的MAPMg2P2O7. Mg3(PO)2、 MgHPO4 和MgzP:Oy對廢水置于管式電磁爐中，在特定熱解溫度下熱解3小時(shí)，中氨氨的吸附能力不同, Shigeru Sugiyama等同研究取其熱解產(chǎn)物， 分析產(chǎn)物中的氨氮含量和正磷酸根表明以上這三種物質(zhì)去除氨氮能力為:含量。MgHPO, > Mg,(PO,)2 > Mg;RO.因此，如何提高1.3.2 Mg(OH)2對熱解效率的影響利用NazHPO:12H2O和MgCl2:6H2O按N: P:熱解時(shí)磷酸氨鎂中氨的釋放率，而又不影響其熱解Mg=2: 2: 3制備成MAP: Mg(OH)2=2: 1的混合產(chǎn)物對氨氮的吸附效果是解決磷酸氨鎂化學(xué)沉淀物，制備步驟同前。將此混合物置于管式電磁爐中,法的關(guān)鍵內容。本文針對此難題，對磷酸銨鎂的熱在特定熱解溫度下熱解3小時(shí)，取其熱解產(chǎn)物，分解行為展開(kāi)研究，以求通過(guò)實(shí)現磷酸銨鎂熱解放氨析產(chǎn)物中的氨氮含斌和正磷酸根含量。后，可作為氨氮吸附劑實(shí)現循環(huán)利用。1.3.3 NaOH對脫氨效率的影響1實(shí)驗部分在以Mg;(POJ)z 為主體的熱解產(chǎn)物(MAP:2彭佳樂(lè ):磷酸銨飫的熱解行為研究Mg(OH)=2:1的混合物于100C卜F熱解3小時(shí))中，21.1熱解溫度對氨氮科放率的影響加入一定量的NaOH溶液，繼續置T 100"C繼續熱分別控制熱解溫度為100C， 200C，300C,解3小時(shí)，分析產(chǎn)物中的氨氮含敏。400C，于不同熱解時(shí)間測其氨氮釋放率，如圖|2結果與討論所示。隨著(zhù)熱解溫度的升高，氨氨釋放率不斷提高，2.1 MAP的熱分解溫度升高至300C時(shí)，氨氮釋放率可達到90%以上，利用口制MAP在管式屯磁爐在不同溫度卜熱繼續升溫氨氮科放效果則沒(méi)有明顯變化。且氦氮在解，可將MAP中的氨脫除，如反應(1)。1-60min科放速度最快，熱解180min后，不再釋放MgNH,PO. .6H20= MgIHPO, +6H:O↑+NH2↑(1)氨氮。為兼顧氨氮釋放效果和能源節約選定最佳熱解溫度為300C，最佳熱解時(shí)間為180min.一一10C”100T。.國加220熱解時(shí)間an200朽朝時(shí)同min斷熱幅疆度咐氨 氨野放事的影響圍2熱解溫度對周 酸鹽含最的影響2.1.2熱解溫度對磷酸鹽含量的影響2.2 Mg(OH)對熱解效率的影響分別控制熱解溫度為100C ( 100C時(shí)正磷酸將NH4)SO4、Na;HPO; 12H20和MgCl:6H20根含量不變化) 200C，300C， 400C， 于不同時(shí)按N: P: Mg=2: 2: 3混合，可按反應(3)生成間測其正磷酸根含量，如圖2所示?？煽闯鲭S著(zhù)MAP: .Mg(OH)=2:1 的混合物，將其置于100C下MAP中氨氮的釋放，熱解溫度超過(guò)100C時(shí)，其中. 熱解3小時(shí)，又按反應(4)生成以Mg3(PO4)為主的正磷酸鹽開(kāi)始逐漸分解，轉化為焦磷酸鹽，如反體的混合物。測其氨氮釋放率和正磷酸根含量，并.應(2)。表1更直觀(guān)的反應了氨氮釋放效果和正磷與相同條件下無(wú)Mg(OH)2的熱解行為相比較，結果酸根剩余量的關(guān)系，看到氨氮釋放率達到90%以上如圖3所示。Mg(OH)2 的存在促進(jìn)了氨氮的釋放，后，剩余正磷酸根已不到總磷的40%。其中100C時(shí)可提高氨氮釋放率8%,氨氮釋放率的2MgHPO, = Mg,P2O, +H2O(2)變化規律同無(wú)Mg(OH)時(shí)-致，隨溫度升高而增大。正磷酸根變化如圖4所示，Mg(OH)2 的存在具表I氨釋放率與正磷酸根含量的關(guān)系有限制正磷酸根損失的作用，對本研究同樣有利。熱解溫度100300400并且可以看到，正磷酸根仍然在超過(guò)100個(gè)C時(shí)開(kāi)始氨釋放率%52.7791294.6分解。正磷酸根/總磷0.50.35 0.2612NH,* + 2HPO + 3Mg2* + 60H = 2MgNH,PO, + Mg(OH)2 +2H2O (3)2MgNH。PO, + Mg(OH): = Mg,(PO,)2 + NH,↑+H2O↑(4)彭佳樂(lè ):磷酸銨鎂的熱解行為研究3-有kg(010.無(wú)0l(00aa5熱郵機度/亡:郾如徹D,對駕 氟釋放效果的影響團4 I(0D)對正確 酸根的影響表2NaOH投加量對氨氮脫除率影響NaOH投加量/mL00.50.82NaOH/N (摩爾比)0.711.141.422.867.1421.42氨氮含量/mg12.84.6.7.2.42.0氨氮脫除事/%64.171.182.896.910084.42.3 NaOH對脫氨效率的影響鹽, MAP熱分解形成的產(chǎn)物MHP,可重新處理氨氮由圖3和圖4以看出，在正磷酸根不損失的前廢水21,熱分解產(chǎn)生的氨氣可回收高濃度的氨水，提下，MAP: Mg(OH)=2: 1 的混合物最大脫氨效有可能成為- -種經(jīng)濟有 效的氨氮廢水處理方法。率只能達到60% (熱解溫度=100"C時(shí))，為近-步提高脫氨效率，利用堿性環(huán)境利于NHs釋放的原參考文獻理，采用投加NaOH( lmol/L)提高脫氨效率。NaOH投加量對脫氨效果的影響如表2所示。隨著(zhù)NaOH[I] Lee G F and Jones R A.The North American投加量的增加，可是脫氨率達到100%， 但NaOHexperience in eutrophication control through過(guò)量太多反而不利用脫氨。phosphorus management: Proceeding of the3結論Intermational Conference on Phosphate[], Water利用MAP化學(xué)沉淀法(N:P:Mg=l:1:I) 生成and Quality of Life. Paris: France, 1988了MgNH4PO:6H2O (MAP) 。研究了熱解時(shí)間、[2]陳志愷. 21世紀中國水資源持續開(kāi)發(fā)利用問(wèn)題.溫度、環(huán)境(堿性)對MAP熱分解產(chǎn)物的影響。隨中國工程科學(xué)[J].2000; 2 (3); 7-11著(zhù)熱解溫度的升高，MAP的氨釋放率逐漸提高，[3] Rasouli-Kenari H, Srrafzadeh M H, Mehmia M,300C條件下熱解180min,氨氮釋放率可達到90%Factors affecting the biological nitrogen removal以上。繼續升溫和延長(cháng)熱解時(shí)間，放氨效果變化甚fromwastewaterinsimultaneous微;正磷酸根在熱解溫度高于100C時(shí)開(kāi)始向焦磷nitrification- denitrification process. Jourmal of酸根轉化;投加氫氧化鎂可以促進(jìn)氨氮脫除并抑制Biotechnology[J], 2008, 136:670-671.正磷酸根向焦磷酸根轉化，其中100C時(shí)可提高氨[4] Bonmati A, Flotats X, Air stipping of ammonia氮釋放率8%;投加氫氧化鈉可保證MAP中正磷酸from pig slurry: characterisation and feasibility as根不損失的前提下，氨氮完全脫除，有利于MAP熱a pre- or post-treatment to mesophilic anaerobic解產(chǎn)物對氨氮的再-次吸附。digestion. Waste Management[J]， 23(3), 2003,在不損失磷酸根的情況下，即不形成焦磷酸261-272.