磷酸铵镁的热解行为研究

209第7沏化学积与装各Chemical Engi neering Equipent磷酸铵镁的热解行为研究彭佳乐,周康根,姜科(湖南长沙中南大学冶金院,湖南长沙410083)要:为了明磷酸铵镁的热解性能,考察了100℃、200℃、300℃、400℃下磷酸铵镁热解过程中的氨氮释放率和正磷酸根含量随时间的变化规律;考察了氢氧化镁与氢氧化钠对磷酸铵镁热解行为的影响,发现氢氧化镁能促进的释放并抑制正磷酸根向焦磷酸根转化;投加氢氧化钠可在正磷酸根不损失的前提下,使MAP中的氨氮释放率达到99%以上关键词:磷酸铵镁:热解;氢氧化镁:氢氧化钠前言11主要试剂与材料氮是生物活动必需的营养元紊之一,但是如果试剂:Na2HPO12H2O,MgCl26H2O水体中氮的含量太高又会造成环境污染。在我国水(NH)SO4,NaOH,以上均为分析纯。纳氏试体污染因素中氨氮是非常重要的污染物2目前对剂、钼酸铵、钒酸铵。模拟氨氮废水:用铵盐这类废水主要是通过生物法則、化学沉淀法、吹脱加去离子水配制法、折点氯法进行处理各种方法均存在一定优12主要仪器缺点。磷酸铵镁(MAP)化学沉淀法处理高浓度氨用-3定时恒温磁力搅拌器,420酸度计,氮废,具有简单、快速、高效等优点,然而该ⅥS7220可见光分光光度计,管式电磁炉。法消耗大量磷盐和镁盐,造成反应成本高,以及磷13实验方法酸铵镁容易造成二次污染,一直以来都是限制该方13MAP的制备及热解法实际应用的最重要因素。因此如何降低药剂消配制7200mgL的(NH)SO4溶液,按N:P:耗,开发磷酸铵镁的回用和综合利用技术,对于磷Mg=1:1:1,顺次将 NaHPO.12H2O和MgCh26H2O酸铵镁沉淀法在实际工程中的应用具有重要意义。加入L该溶液中(待前一药剂全部溶解后再加入后磷酸铵镁在不同温度下发生热分解反应,其分药剂),用5 mol/L NaoH稳定废水pH值为解产物可循环用于氨氮的吸附,是降低药剂消耗的20℃下磁力搅拌20分钟后过滤,将得到的固相沉淀可能途径。根据分解温度的不同,磷酸铵镁可分解物洗涤后,在干燥箱中于40℃下干燥48小时,产物成不同的产物,包括Mg(POh2、 MgHPO4和充分研磨后密封保存,即得到MAP。将制得的MAPMgP2O7。Mg(POh、 MgHPO4和MgP2O对废水置于管式电磁炉中,在特定热解温度下热解3小时,中氨氮的吸附能力不同, Shigeru Sugiyama等研究取其热解产物,分析产物中的氨氮含量和正磷酸根表明以上这三种物质去除氨氮能力为:含量。gHP0>3(PQ2>Mg2PO·因此,如何提高132M(OH2对热解效率的影响利用Na2 HPOx 12H2O和MgCl26H2O按N:P:热解时磷酸氨镁中氨的释放率,而又不影响其热解Mg=2:2:3制备成MAP:MgOH)2=2:1的混合产物对氨氮的吸附效果是解决磷酸氨镁化学沉淀物,制备步骤同前。将此混合物置于管式电磁炉中,法的关键内容。本文针对此难题,对磷酸铵镁的热在特定热解温度下热解3小时,取其热解产物,分解行为展开研究,以求通过实现磷酸铵镁热解放氨析产中国煤化工含量。后,可作为氨氮吸附剂实现循环利用1.3CNMHG1实验部分在以Mg(PO4)2为主体的热解产物(MAP归佳乐:酸铵镁的热解行为研究Mg(OH)2=21的混合物厂100℃下热解3小时)中,2.热解温度对氨氮释放率的影响加入一定量的NaOH溶液,继续置丁100℃继续热分別控制热解溫度为100℃,200℃,300℃解3小时,分析广物中的氨氮含400℃,J不同热解时间测其氨氮释放率,如图12结果与讨论所示。随着热解温度的升高,氨氮释放率不断提高,2MAP的热分解温度升高至300℃时,氨氮释放率可达到90%以上,利用自制MAP在管式电磁炉在不同温度下热继续升温氮氮释放效果则没有明显变化。且氨氮在解,可将MAP中的氨脱除,如反应(1)1-60min释放速度最快,热解180min后,不再释放MgNH, PO46H2O= MgHPO4+6H2O↑+NH,↑(1)氨氮。为兼顾氨氮释放效果和能源节约选定最佳热解温度为300℃,最住热解时间为180min战时向min图1热N度耐氨氮释放率的影响图2热解温度对酸盐含量能影啊2.12热解温度对磷酸盐含量的影响Mg(OHh对热解效率的影响分别控制热解温度为100℃(100℃时正磷酸将NH4SO4、Na2HPO2H和MgCl26H2O根含量不变化)200℃,300℃,400℃,于不同时按N:P;Mg=2:2:3混合,可按反应(3)生成间测其正磷酸根含量,如图2所示。可看出随着MAP:Mg(OH2=21的混合物,将其置于100℃下MAP中氨氮的释放,热解温度超过100℃时,其中·热解3小时,又按反应(4)生成以MgPO4h为主的正磷酸盐开始逐渐分解,转化为焦磷酸盐,如反体的混合物。测其氨氮释放率和正磷酸根含量,并应(2)。表1更直观的反应了氨氮释放效果和正磷与相同条件下无Mg(OHh的热解行为相比较,结果酸根剩余量的关系,看到氨氮释放率达到90%以上如图3所示。 Mg(oh)2的存在促进了氨氮的释放后,剩余正磷酸根已不到总磷的40%其中100℃时可提高氨氮释放率8%,氨氮释放率的2MgHPO, =Mg, P2O,+H,O(2)变化规律无Mg(OHh2时一致,随温度升高而增大。正磷酸根变化如图4所示,Mg(OH2的存在具表1氨释放率与正磷酸根含量的关系有限制正磷酸根损失的作用,对本研究同样有利热解温度300400并且可以看到,正磷酸根仍然在超过100℃时开始氨释放率%5277791296分解。正磷酸根/总磷10.503502612NH,*+ 2HPO.+3Mg+60H=2MgNH, PO +Mg(OH),+2H, 0 (3)2MgNH PO4 +Mg(OH),=Mg,(PO4)2中国煤化工CNMHG彭佳乐:磷酸铵镁的热解行为研究热制度r图3kD对氨氯放效果的影响图4k(H对正酸根的影响表2NaH投加量对氨氮脱除率影响NaOH投加量/mL0.5NaoH(摩尔比711.14氨氮含量/mg氨氮脱除率%71.I96910084423NaOH对脱氨效率的影响盐,MAP热分解形成的产物MHP,可重新处理氨氮由图3和图4以看出,在正磷酸根不损失的前废水12,热分解产生的氨气可回收高浓度的氨水提下,MAP:Mg(OH)2=2:1的混合物最大脱氨效有可能成为一种经济有效的氨氮废水处理方法率只能达到60%(热解温度=100℃时),为近一步提高脱氨效率,利用碱性环境利于NH3释放的原参考文献理,采用投加NaOH(lmoL)提高脱氨效率。NaOH投加量对脱氨效果的影响如表2所示。随着NaOH[l] Lee G F and Jones R A. The North American投加量的增加,可是脱氨率达到100%,但NaOHexperience in eutrophication control through过量太多反而不利用脱氨phosphorus management: Proceeding of the3结论International Conference on Phosphate], Water利用MAP化学沉淀法(NPMg=1:1:1)生成and Quality of Life. Paris: France, 1988了 MgNH4PO46H2O(MAP)。研究了热解时间、[2]陈志恺.21世纪中国水资源持续开发利用问题温度、环境(碱性)对MAP热分解产物的影响。随中国工程科学[门.20002(3):7-11着热解温度的升高,MAP的氨释放率逐渐提高,[3] Rasouli-Kenari h, Sarrafzadeh M H, Mehmia M,300℃条件下热解180min,氨氮释放率可达到90%Factors affecting the biological nitrogen removal以上。继续升温和延长热解时间,放氨效果变化甚fromwastewaterin simultaneous微;正磷酸根在热解温度高于100℃时开始向焦磷nitrification-denitrification process. Journal of酸根转化:投加氢氧化镁可以促进氨氮脱除并抑制Biotechnology [], 2008, 136: 670-671正磷酸根向焦磷酸根转化,其中100℃时可提高氨[4] Bonmati a, Flotats X, Air stripping of ammonia氮释放率8%;投加氢氧化钠可保证MAP中正磷酸from pig slurry: characterisation and feasibility as根不损失的前提下,氨氮完全脱除,有利于MAP热a pre-or post-treatment to mesophilic anaerobic解产物对氨氮的再一次吸附。中国煤化工m[,23(3),2003在不损失磷酸根的情况下,即不形成焦磷酸CNMHG