引言工业蒸汽换热后产生的凝结水具有较高的压力和温度，回收利用高温凝结水是蒸汽系统节能的重要途径。但蒸汽在使用过程存在各种腐蚀和污染。腐蚀主要包括氧腐蚀和酸腐蚀，腐蚀产物主要是铁的氧化物及游离的二价铁离子。现有的高温凝结水除铁方法主要采用树脂交换法，树脂耐热性较差，一般不超过60 ℃，处理前需要先降温后再除铁[1]，能源利用率较低。沸石是一种天然矿石，是碱金属和碱土金属的含水网状铝硅酸盐物质，具有三维空旷的骨架结构，中间是硅或铝原子，周围有4个氧原子，高温下稳定性较好。在一定条件下，沸石内部骨架中的阳离子可以和溶液中的阳离子进行交换[2]。以斜发沸石为研究对象，根据高温凝结水水质的特点，进行铁离子的交换试验研究及离子交换等温线拟合分析，为高温凝结水的除铁处理提供了依据。1等温线分析吸附等温曲线是指在一定温度下溶质分子在两相界面上进行的吸附过程达到平衡时，在两相中浓度之间的关系曲线。在不同温度范围内，用3 g活化斜发沸石处理500 mL，铁离子浓度为 1 mg/L～9 mg/L的溶液，得到交换平衡后，活化斜发沸石对铁离子的离子交换平衡等温线，不同温度下沸石对铁离子交换等温线如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.015.F001图1不同温度下沸石对铁离子交换等温线由图1可以看出，随着温度的升高，斜发沸石对铁离子的交换量呈下降趋势，表明斜发沸石对铁离子的交换过程，是一个放热反应。这主要是因为温度升高会使Fe2+变得更加活跃，容易从沸石的离子交换位上脱附。目前，斜发沸石与金属离子的交换反应研究得比较多，关于温度对反应的影响存在着多种结论。如用斜发沸石与Ca2+离子的交换反应，则是吸热反应，温度越高，对交换反应越有利。2模型分析2.1Langamir模型（1） 离子交换吸附是单分子层的，只有当交换离子与裸露表面碰撞时，溶液中的离子才能被捕捉置换。（2）交换离子与在吸附位上的碰撞为弹性碰撞，交换离子之间没有相互的作用力，吸附位与分子是一对一的。（3）交换材料的表面均匀。Langmuir等温线方程模型如下：qe=qmKaCe1+KaCe (1)将其变为线性形式如下：Ceqe=1qmCe+1ka⋅qm (2)式中：qm——单分子层交换时，离子交换材料的最大吸附量，mg/g；qe——平衡时交换材料的吸附量，即离子交换量，mg/g；Ce——平衡浓度，mg/L；ka——离子交换的平衡系数。Ce/qe对Ce的回归直线，得其斜率为1/qm，截距为1/(ka⋅qm)，根据实验数据，求得ka和qm值，从而求出等温线方程Langmuir。将实验数据按此模型进行拟合，拟合曲线如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.015.F002图2Langmuir拟合曲线由图2可以看出，实验数据与Langmuir模型拟合较差，相关拟合系数如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.015.T001表1Langmuir相关拟合系数T/℃qm/(mg/g)kaR65-24.919 0-0.100 920.398 4780-4.882 8-0.220 87-0.015 8595-1.530 1-0.288 390.682 66从表1可以看出，各种温度条件下，Langmuir等温线模型的相关系数R值不理想，拟合效果较差。2.2Frendlich模型Freundlich等温线经验方程式，主要有2个假设：（1） 随表面覆盖率的增加，吸附热的大小呈对数性的递减。（2）此方程式主要适用于溶液浓度为中等浓度的恒温交换过程。其基本方程式为：qe=KFCe1/n (3)式中：qe——吸附量；Ce——吸附材料在浓度中的浓度；KF——常数，与温度、交换材料的比表面积等因素相有关；n——与温度等有关的常数。将在式(3)取对数，将Freundich方程转化直线形式：logqe=logKF+1nlogCe (4)根据实验数据得到qe、Ce值，取对数，作图。由图确定截距logKF和斜率1/n，求出KF和n值，导出方程。将实验数据处理后，代入模型，拟合曲线如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.015.F003图3Freundlich拟合曲线由图3可以看出，实验数据较好地符合Freundlich模型，相关拟合系数如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.015.T002表2Freundlich相关拟合系数T/℃KF1/nR652.688 11.024 270.999 62801.380 41.127 810.978 82950.668 91.300 500.994 00由计算结果可以看出，活化斜发沸石对Fe2+的离子交换过程更符合Freundlich模型，这主要是因为沸石的形状不规则，同时内部又是多空腔结构，Freundilch公式更能与实际离子交换吸附过程相吻合。3结语（1）沸石是一种天然矿石，活化沸石在高温水中对Fe2+有较好的吸附性能。离子交换过程是一个放热反应，温度升高时斜发沸石对铁离子的交换量呈下降趋势。（2）活化斜发沸石对Fe2+的离子交换过程，实验数据与Langmuir模型拟合较差，与Freundlich模型拟好较好。沸石晶格间空隙较大，阳离子有很强的流动性，可以自由地与溶液中的Fe2+进行交换。Freundilch模型公式中的常数KF体现了沸石的吸附能力大小，从数据的大小关系来看，比较符合实际情况。（3）沸石有耐高温的特性，可用作高温冷凝水去除铁离子的处理材料，具有除铁时间短、综合性能优越等特点。研究结果表明，活化沸石适于工业热力系统的高温水除铁。