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沸石在环境中的吸附特性的研究进展
张艳艳
南京工业大学
环境学院
环境工程
摘要
:
沸石是一种优良的吸附剂，具有成本低、使用方便、安全且不会造成二次
污染等特点。
其特性对于控制环境污染极为重要，
尤其适用于水处理，
净化空气，
脱水方面，
同时还可作滤料。
沸石的应用前景广泛，
应继续加大对各种
天然沸石
性能、结构和其改性工艺的研究，充分发挥其应用性能、拓宽其应用范围，使其
在环境保护和污染处理中得到更好的应用。
关键词
：
沸石
吸附作
水处理
Study on investigation processes of
zeolite adsorption effect
in the
environment
Zhang Yanyan
Nanjing University of Technology
Collgege of Environmental Sciences
Abstrac
< br>t
：
Zeolite is a superior
adsorbent,which is cheap, convenient, safe and
without any secondary pollution. Its
characteristics are quite useful for the
environmental pollution-control,
particularly suitable for water treatment, air
purification, dehydration aspect, and
it can also be a filter. The application prospects
of zeolite is quite extensive,the
attention should be focused on the further study
of all
kinds of natural zeolites and
their character, structure and modification to
widen their
application in water
treatment.
Key words
:
zeolite; adsorption water treatment
1
引言
沸
石作为一种具有优异功能的非金属矿物材料，在工业中有广泛的应用。其
显著特点是孔隙
度高、比表换性、吸附性、催化性、耐酸性、耐热性、耐辐射性
1
等性能优异，
< br>因此被广泛用于石面积大，离子交油化工、环境保护、农牧业、
建材工业、轻工业
及高新尖端技术等领域。沸石可用做催化剂、干燥剂、水质软
化剂、吸附剂、离子交换剂
等，在工业上常作分子筛，用来净化气体、石油及废
水处理，海水提钾、淡化、硬水软化
等
[1]
。目前国际上对天然沸石的开发、研
< br>究和生产相当活跃。
本文对近两年来沸石在水处理应用的研究进展进行了综合评<
/p>
述，介绍了天然和改性沸石在去除水中氨氮、有机物质、重金属离子、放射性物
质等方面的应用。
沸石一般能够再生使用
3-5<
/p>
年。
本文主要研究的是沸石的吸附
性。<
/p>
2
沸石的由来、结构及其特性
2.1
沸石的由来
1765
年瑞典矿物学家
C rons
tedt
在冰岛玄武岩杏仁状空隙内，
首先发现一种
白色透明的矿物，因其加热时出现发泡沸腾现象，便以希腊文命名为“
ze
olite
”
，
意为
< br>“沸腾的石头”
[2]
。
关于沸
石的定义存在着一个演变的过程，
直至
1997
年，
国际矿物学协会（
IM
A
）新矿物及矿物命名委员会（
CNMMN
）沸石专业委员会
(
IZA
)
采纳了由
等
18<
/p>
名成员署名发表的有关沸石类矿物命名的建
议，将沸石矿物定义为
一类结晶物质，其结构以四面体连接形成的格架为特征，
四面体由
4
个氧原子围绕一个阳离子组成
[3]
2.2
沸石的结构
沸石最基本的结构单元是
SiO
4
和
AlO
4
四面体，
相邻的四面体之间以氧桥键
的方式共用氧原子。其中
Si
或
Al
位于四面体的中心，分别与
氧键合，氧位于四
面体各顶点。
这种结合方式使其在三维方向上
形成一个具有规整结构的无机聚合
体。其中
AlO
4
带一个负电荷，那么必然就有一个相反的电荷存在，以中和架电
荷。
因此沸石中存在很多骨架外阳离子，
这实际上
就是沸石能够作为催化剂的最
本质的原因。
同时，
其骨架也搭起了一个内部空旷、
充满孔隙与相互联通的孔道
< br>与笼的结构，提供催化反应的场所以及传输的通道。
2.3
沸石的吸附特性
沸石晶体的大量孔穴和通道使沸石具有很大的比表面积，每克沸石可达
2
400
～
1000m
，
其中丝光沸石一般为
440m
。
孔穴体积可占沸石全部体积的
50
％，
加上特殊的分子结构而形成的较大的静电引力使拂石具有相当大的
应力场。
又因
为晶体内部各种构造形式的笼内充填着阳离子，并
且部分硅
(
铝
)
氧四面体骨架氧
也有负电荷，
在这些离子周围形成强大的电场
，
从而还有强大的静电引力。
晶体
内外
表面过剩自由能所决定的色散力和这种静电引力的存在，
使得沸石有优良的
吸附性能。
3
应用
3.1
沸石在水处理中的应用研究
3.1.1
去除水中氨氮
氨氮存在于许多工业废水中，
氨氮排入水体，
特别
是流动较缓慢的湖泊、
海
湾，容易引起水中藻亡，甚至会导致湖
泊的干涸灭亡
[4]
。氨氮还使给水消毒和
工业循环水杀菌处理过程增大了用氯量；对某些金属，特别是对铜具有腐蚀性；
当污
水回用时，
再生水中氨氮可以促进输水管道和用水设备中微生物的繁殖，
形
成生物垢，堵塞管道和用水设备，并影响换热效率
[
5]
。利用沸石去除生活污水
以及工业废水中的氨氮，国内外已
有较多的研究。
吴连成，
冯灵芝
[6]
等人在静态试验条件下，
研究了沸石对高含氨氮味精废
水的处理效果，
考
察了沸石粒径、
沸石用量及再生方法的不同对吸附作用的影响。
试验表明：粒径越小，吸附能力越强；
5
g
粒径
270
～
833μm
的沸石在振荡
2 h<
/p>
后，废水中氨氮去除率达
67.1%
。<
/p>
通过动态吸附试验，对比沸石再生前后的穿
透曲线，
发现沸石再生后的吸附能力与再生前相差无几，
有
效寿命达
151 h
，
比
再生前寿命缩短仅
17
h
。
则其有效寿命长并可重复再生使
用。又因为天然沸石
是一种较廉价的矿物质，
成本较其它吸附剂
低，
再生成本低，
再生液经吹脱后可
重
复利用，由此表明沸石是一种较为理想的脱氮吸附剂。
3.1.2
去除水中有机物
随着现代工业特别是有机化工、
精细化工以及高分子工业的迅速发展，
水中
的有机污染物呈多样化、复杂化的特点
[7]
。对于多数有机污染物的去除，在目
前使用最广的还
是生化法，
尤其是吸附法。
沸石对有机污染物的吸附能力主要取
3
决于有机物分子的极性和大小，
极性分子较非极性分子易被吸附，
随着分子直径
的增大，被吸附进入空穴的机会就逐渐减少。
印染废
水是我国目前主要的有害、
难处理工业废水之一，
主要污染物有
染料、
浆料、助剂、纤维杂质、油剂、酸碱以及无机盐等。其特点是废水量大、水质复<
/p>
杂、有机物浓度高、难生物降解、色度深、水质变化快而无规律等特点，其中以
染料的污染最为严重
[8]
。在采用生物曝气滤池
(
BAF
)
工
艺，以天然沸石为滤料
处理印染废水，氨氮的去除率、
COD<
/p>
的去除率、
SS
的去除率，总氮的去除率
及
色度的去除率都能达到较高的值。
3.1.3
去除水中重金属离子
<
/p>
重金属废水主要来自矿山坑道排水、废石场淋滤水、选矿尾矿排水、有色金
属冶炼厂除尘排水、
有色金属加工厂酸洗废水、
电镀厂
镀件洗涤水、
钢铁酸洗排
水及电解、农药、医药、油漆、染料等
工业所排放的废水
[9]
。由于重金属不能
被生物降解为无害物，
因而在水体中富集，
造成水体污染。
沸石已被广泛应用于
消除重金属离子，
效果较好。
特别是用碱处理过的沸石，
其吸附量可以得到大
大提高。
3.1.4
去除水中的氟
氟是电负性最高的元素
，是相当活泼的非金属元素，当氟离子大量存在时，
有毒性作用。李水芳，李梦
[10]
等对含氟量为
1836mg/L
解工序碱性废水用沸石
进行除氟试验。
对未改
性沸石，
试验了沸石用量、
废水初始浓度和振荡吸附时间
对氟去除率的影响，发现未改性沸石氟去除率不高。用
AlCl
3
溶液对其改性后，
去除率明显升高，
可达
95
％处理后废水残氟量可降到
10mg/L
以下，
达到国家污
水综合排放标准中的一级标准。
3.1.5
去除水中的磷
限制藻类生产量的物质是磷、氮、碳，但作为藻类增殖的限制性物质，磷是
其中最主要的限制性因素
[11]
。磷对受纳水体的危害表现
在以下几个方面
:
造成
水体的富营养化
；
影响水源水质，
增加给水处理成本；
对人和生物产生毒性
[12]
。
4
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