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一
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沸石
(zeoli
te)
简介
形成沸石的原因有十几种，不同的生成环境所产出的沸石种类也不尽相同
沸石的成因很复杂，大部分是经由火山所喷出的沉积岩，因沉
积岩中的有机物被液化或汽化而产生微细的
孔洞，这些孔径的的大小正好又与一般有机分
子相当，因此具备对有机分子的吸附性。沸石的另一项特色
是由铝矽酸盐等成所组成的矿
物，并且对阳离子具有吸附性
为什
麼沸石能具有离子交换功能呢？最主要的关键是其成分中有
AlO4
< br>，多了一个
O
原子，因此会带
-1
的价数，
因此沸石中会有些
Na+,K+,Ca++
等碱金属来抵销使其成电中性
(
带有较多
Na+
的称为钠沸
石，
Ca+
称为钙沸石以此类推
)
，而这些沸石中的金属元素在水中极易被其他金属离子所取代，要有什麼样的条件会
取代这些元素呢？这与沸石离子交换的优先顺序及离子浓度有关，因为
A
lO4
带的是
-1
价因此对阳离子的<
/p>
交
换
顺
序
以
Cs+,Rb+,NH4+,K+,Na+
正
1
价
离
子<
/p>
排
前
面
，
且
较
大
的
离
子
较
优
先
，
然
后
才
交
换
Ba++,Sr++,Ca
++,Mg++
的
正
2
价
离
子
，
所
以
当
沸
石
中
的
游
离<
/p>
金
属
以
Na+<
/p>
存
在
时
便
会
与
水
中
的
Cs+,Rb+,NH4+
交换，如果是以
Ca++
存在时就会与水中的
Cs+,Rb
+,NH4+,Ba++,Sr++
作交换
但是当水中某离子浓度很高时，则能形成逆向交换，因此沸石
一般是可还原的
不过因为全世界的
沸石产量实在多的不像话，甚至在有些国家所有的石头都是沸石
且目前沸石有
50%
以上是用於制造水泥，可见其普遍的程度
,
因此还原沸
石虽环保却不经济。
二
.
沸石的应用
由简介中可知，沸石有化学的离子交换特性及物理的吸附特性
，离子交换的特性通常会化除水中的
Cs+,Rb+,NH4+,K+
等而水中的
Na+,Ca+
等则会增加的，在海水中可
使用钾沸石或钠沸石来限制其离子交
换的范围，也是最常被使用的，对
< br>NH4+
也具有较高的交换力。沸石的物理吸附性比较单纯，沸石的孔径
多在
1nm(
奈米
)<
/p>
以下，但是每一种的沸石的孔径又不太一样，因此每种沸石的吸附对象与吸附总量并不相<
/p>
同，在海水的应用中最好是能混用多种沸石。
沸石能吸附哪些物质呢？
前面已经提过，沸石的孔径约在
1nm
以下，而
分子的最小直径约
0.28nm
，因此沸石所能吸附的就是在<
/p>
0.28nm-1nm
之间的所有分子，包括有机、无机的分子，
不过因为每种沸石的孔径不一，吸附的峰值各不
相同，常见在水中能被吸附的像是甲醇、
氨等较小的分子都是其吸附范围，这些物质大部分都是蛋白、活
性碳的处理范围以外的物
质
蛋白、活性碳所能处理的物质沸
石也都无法处理，两者其实是各司其职，因此沸石在海水中的应用能大大
的延缓水质的老
化。
沸石到底能吸附多少东西呢？
这要从几个方面来探讨
第一是吸附总量，
越轻的沸石表示其中的孔径越多，
所能吸附的量自然比较多，
沸石的密度界於
1.92g/(c
m)3
- 2.88g/(cm)3
，
一般来说密度小的吸附量最多，
沸石的吸附量几乎都在其重量的
50%
以上。
也就是说放
1kg
的沸石在水中所能吸附的物质高达
500g
以上
如果缸中的蛋白处理了
90%
的废物，
剩余的废物都交由沸石处理，
那
1kg
的沸石大概就能处理约
10
罐
500g<
/p>
的饲料的餵食量。有可能吗？
NO
！因为
还牵涉到第二个问题
沸石的吸附总量虽高，但是不同的孔径处理不同的物质
1kg
的沸石最多约能处理到
15g
的有机氮素
，
50g
的
有机碳素，这两者也是沸石对水质处理有贡献的地
方，由此可知沸石虽能吸附
500g
的物质，但是在水族缸中大概只能发挥其中的一成，也许你会问，
这一
成还是很可怕，
1kg
沸石处理<
/p>
1
罐
500g
的饲料废物。有可能吗？
NO
！还有两
项问题有很大的影响
首先是沸石粒
径的问题，小粒径的沸石能比大粒径的吸收的更快更多，也就是说越小的粒径越能发挥沸石
的效能，但是粒径过小吸收太快会造成很严重的问题，因此在应用中不宜过小。
另一个问题是沸石表层会有菌类附著，这些菌类虽能辅助处理
废物，但是却也会堵住沸石表层的孔径，以
致内部完全无法发挥，因此如果超过
3,4
天没清理沸石，则沸石所能发挥的功能将变的极小。能清理的越<
/p>
乾净是越好，如果没有好清理的沸石桶，拿出来用手洗净也是不错的方式。也许你会问，要
怎麼清除孔洞
中的菌类，不用担心，这麼小的孔洞任何生物都钻不进去，只会生长在表层
在选择
了适当的沸石粒径及规律的清理工作后，沸石所能吸附的物质还有多少呢？
这应该是没有标准答案，运作好一点的
1kg
沸石处理半罐
250g
的饲料
废物没什麼问题
我们再来比较一下沸石的离子交换量与吸附量的差异，沸石的离子交换量除了前述因性质不同会影响其交
换内容物及交换量外，沸石的孔径大小也会影响其离子交换，能进入孔隙的才能被交换。
且相同
size
的离
子会在孔隙中竞争
交换，到底其交换量有多少呢？其实
1kg
的沸石顶多只能交换
约
5g
的阳离子。例如在
1000L
的缸子中放入
1kg
的沸石其所影响的
阳离子浓度约在
5ppm
以下。
由此可
知沸石的离子交换能力在
海水应用中并不会造成离子不平衡。沸石种类虽多，但差异都是
在其离子交换的功能上，物理上的吸附功
能基本上是相同的
三
.
沸石应用的好处
1.
维持相当低水准的
NH3,NH4+
浓度
海水生物最佳的生活条件是
NH3+(NH4+)<0.02p
pm
以下
传统的过滤方式如活砂、活石、底砂过滤能建立这样的环境
如果要再降的更低就得靠沸石了，这在
SPS
的饲养上特别重要
2.
减少无机盐的产生
这一点应该不难理解，少了有机废物，自然就不会产生无机废物
3.
避免海水素中含量过多的金属元素
海水素在制作的过程中要将一些金属元素像
< br>Rb+,Cs+
等降到天然海水的标准是不可能的。
NH
4+
一般也都
偏高，沸石可以很迅速的吸收这些物质
不过海水素的
Fe<
/p>
就没办法，因此太常换水的结果就是
Fe
易偏高喔！
4.
维持
DOC,DON,DOP
的平衡
天然海水中的有机碳
(DOC),
有机氮
(DON),
有机磷
(DOP)
其浓度比约在
< br>100:16:1
DOC
的
平均浓度约
1PPM
来说，
DON,D
OP
由这个比值可以轻易算出，动物性生物体中的
C,N,P<
/p>
比值
P
会比平
均值高，植物性生物体则相反，因此得到这样的比值。一般缸子要维持这样的比值并不容易，如果
都是餵以动物性饲料则水中
DOP
易偏高，
反应出来就是
PO4
偏高，
全部以植物性饲料为主则
DON
偏高，
反应出来是
NO3
不易降，如果设有藻缸，其结果也是缸中的
PO4
比值越来越高。
沸石的吸附功能帮助这平衡的达成
，尤其是在一个较为稳定的系统中，这个比值越稳定则缸中的微生物会
维持的很健全。珊
瑚自然会还以颜色
5.
增加水族缸透明度
沸石虽没活性碳的除色能力，也不太容易除去色素分子或微粒
。不过因为减少了有机溶解物，让水色自然
澄清
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