吸着等温線確認実験

ここでは、液相に存在するイオンの濃度を変化させ1 mg の吸着剤が吸着する最大アンモ ニア態窒素量を確認する。

測定方法

① 濃度0~75 mg/Lのアンモニア態窒素溶液10 ml に1000 mg/L の割合で200 ℃で15時 間アニールしたMZLを投入する。その後、溶液を5分間撹拌する。

② 撹拌後、磁気分離及び濾紙を用いて、MZLと溶液を分離する。

③ インドフェノール青法と分光光度計により、残留アンモニア態窒素濃度を測定する。

第5章 磁性ゼオライトの吸着性能評価 94

実験結果

0 5 10 15 20 25

0 10 20 30 40 50 60

Quantity adsorbed (mg/g)

Anmmonium nitrogen equilibum concentration (mg/L) 0.4

13.3

1 2.9

Annealed of MZL at 200℃

9 6.6

11.6

20.1

0 20 40 60 80 100

0 10 20 30 40 50 60

Removal ratio (%)

Anmmonium nitrogen equilibum concentration (mg/L) 26.7 81.7

54.5 71.2

Annealed of MZL at 200℃

84.9 87.7

70.4

51.6

処理前の NH4+濃度 [mg/L]

処理後の NH4+濃度 [mg/L]

吸着剤1g当たりの

NH4+吸着量 [mg/g] NH4+除去率 [%]

0.50 0.06 0.43 87.68

1.18 0.18 1.00 84.89

2.87 0.53 2.87 81.73

9.29 2.68 6.61 71.15

12.74 3.77 8.97 70.44

20.04 9.12 10.92 54.49

25.77 12.48 13.29 51.57

75.25 55.20 20.05 26.65

図 5-18 アンモニア態窒素吸着等温線（左図）及び除去率の推移（右図）

上記二つのグラフは、MZL とアンモニア態窒素の吸着等温線を示すものとその平衡濃度

（残留アンモニア態窒素濃度）における除去率を表している。200 ℃アニールにおけるアン モニア態窒素吸着実験において、確認できた最大吸着量は平衡濃度55.2 mg/L に対し20.05

mg/g であった。ただ、これはあくまで10 mg 投入時のものであり、MZL投入量を増やせ

ばアンモニア態窒素の除去率は上昇すると考えられる。濃度上昇と共に、アンモニア態窒素 の吸着量は上がっていくが徐々に飽和状態に向かっていくことが読み取れる。それは、イオ ン交換によりNa⁺とNH4+が移り変わっていくが、アンモニア態窒素の濃度の上昇と共にイ オン交換できるNa⁺が失われていくことからだと考えられる。このことから、アンモニア態 窒素の濃度上昇の影響によりアンモニア態窒素の除去率も下がっていくことがわかる。ま た吸着等温線は、図 5-5 に当てはめると曲線Ⅰであることから吸着剤表面と吸着質問に吸 着を促進させる引力が働いているとわかった。

次に、式(5.18)よりLangmuir吸着等温式と式(5.19)よりFreundlich 吸着等温式を求めた 結果を記載する。

図 5-19 アンモニア態窒素Langmuir吸着等温式(左)とFreundlich吸着等温式(右)

表 5-2 Langmuir定数(左)とFreundlich定数(右)

図 5-19 のLangmuir 吸着等温線式直線プロットは、図 5-6にある様に縦軸を 𝑊 の逆数

（ 𝑊 は吸着剤単位重量当たり吸着量[mg g⁄ − MZL]）でとり、横軸を 𝐶 の逆数（ 𝐶 は平衡濃 度であり液相中に残った吸着質の濃度[mg L⁄ ]）で表示している。この直線プロットより、切 片が0.0509なので、 𝑊𝑆=_0.0509¹ = 19.685 、傾き0.2601より、 𝑎 =0.2601×19.685¹ = 0.195 と なる。これより、飽和吸着量 𝑊_𝑆 から吸着量を推測できるが、飽和吸着量と吸着平衡定数 𝑎 は無関係で、吸着平衡定数は飽和吸着量に近づく目安である。すなわち、吸着質が同じ濃度 の場合、同じ飽和吸着量であれば、吸着平衡定数が大きい方が吸着量は大きくなる。

Freundlich吸着等温式では、累乗近似曲線をとることで吸着定数 𝐾𝐹= 4.114 と¹

𝑛= 0.485 が 求められた。また、Freundlich吸着等温式は図 5-5よりやや曲線Ⅱにも近いが、どちらかと いうと曲線Ⅰに当てはまるので、吸着剤表面と吸着質問に吸着を促進させる引力が働いて いると考えられる。

第5章 磁性ゼオライトの吸着性能評価 96