沸石在水处理中的应用

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1、第23卷第1期重庆建筑大学学报Vo1．23No．12001年2月JournalofChongqingJ~nzhuUmversityFeb．2001文章编号：1。06—7329(2001)。1—0¨4一o4沸石在水处理中的应用高俊敏，郑泽根，王琰，豆俊峰(重庆大学B区应用科学与技术系．重庆400045)摘要：介绍了天然沸石的结构特I"1-，在水处理中的应用情况及应用前景，并对今后的研究I作提出7一些建议。关键词：天然沸石；吸附}水处理；应用中图分类号：P619．2：1+7文献标识码：A沸石是一种天然而价廉的

2、多孔矿物质，可用作催化剂、干燥剂、水质软化剂、吸附剂、离子交换剂等。工业上常用作分子筛，用来净化气体、石油及废水处理，海水提钾、淡化、硬水软化等。国内外对沸石的晶体结构、化学物理特性等材料学方面的研究较多，尤其是高硅沸石作为分子筛催化剂在催化领域的研究应用较多，但在水处理中的应用研究相对较少。本文就沸石的结构特性，在水处理中的应用情况和应用前景等作简单的介绍。1沸石的结构及其化学物理特性沸石是一种含水架状结构的多孔硅铝酸盐矿物质，是沸石族矿物的总称。它包括三十多种含沸石水的钙、钠以及钡、钾的铝硅酸盐矿物。

3、常见的主要矿物有钠沸石、钙沸石、方沸石、束沸石、浊沸石、毛沸石、斜发沸石、丝光沸石等，它们含水量的多少随外界温度和湿度的变化而变化。其化学通式可表示为：(Na，K)·(Ca，Sr，Ba，Mg⋯⋯)·[Ak+SL一¨0]·mH0。其中，z为碱金属离子个数，Y为碱土金属离子个数，n表示硅铝离子个数之和，m表示水分子数叫。构成沸石骨架的最基本结构是硅氧(SiO)四面体和铝氧(AIO)四面体。在这种四面体中，中心是硅(或铝)原子，每个硅(或铝)原子的周围有4个氧原子，各个硅氧四面体通过处于四面体顶点的氧原子互相连

4、接起来，形成所谓的巨大分子。其中在铝氧四面体中由于一个氧原子的价电子没有得到中和，使得整个铝氧四面体带有一负电荷，为保持电中性．附近必须有一个带正电荷的金属阳离子(M一)来抵消(通常是碱金属或碱土金属离子)，这些阳离子和铝硅酸盐结合相当弱，具有很大的流动性，极易和周围水溶液中的阳离子发生交换作用，交换后的沸石结构不被破坏沸石的这种结构决定了它具有离子交换性和交换的选择性，而骨架SiO44-被A10。同晶交换产生的剩余电荷使其具有催化性能。沸石具有空旷的骨架结构，晶穴体积约为总体积的40～5O，独特的晶体结

5、构使其具有大量均匀的微孔，孔径大多在1Iim下。其均匀的微孔与一般物质的分子大小相当，由此形成了分子筛的选择吸附特性，即沸石孔径的大小决定可进入其晶穴内部的分子大小，只有此沸石孔径小的分子或离子才能进入L2]。与其它多孔物质相比，沸石具有很大的比表面积(400~800Ira：／g沸石)，仅次于活性炭。与活性炭不同的是活性炭的吸附力完全是色散力，而沸石的强吸附力是色散力和静电力的加和产生。沸石不仅色散力很大，还有较大的静电力，这是因为孔穴中含有阳离子，骨架氧含有负电荷，这样，在阳离子的周围形成强大的电场，正

6、是由于这种静电力的关系，使得沸石对极性、不饱和及易极化分子具有优先的选择吸附作用。如水分子是极性最强的分子，它能与硅铝格架·收祷日期2000一O7—0B作者倚弁：高慢敏(1972--)．女，四川省雅安人．硕士生，主要从事水污染防浩工作蔓塑壶堡墼量璺垒坐垄士盟生旦§形成氢键，因此，沸石有强烈的吸水性，可做干燥剂。此外，沸石还有耐酸、耐碱、热稳定等性能。2沸石在水处理中的应用2．1沸石去除有机污染物有机污染物是污染水源中的一类主要污染物沸石对有机污染物的吸附能力主要取决于有机物分子的极性和大小，极性分子较非极

7、性分子易被吸附，随着分子直径的增大，被吸附进入孔穴的机会就逐渐减小含有极性基团如--OH、>c—O、--NHz或含有可极化基团如>c一<，CHs一等的有机物分子能与沸石表面发生强烈吸附作用。二氯甲烷、三氯甲烷、三氯乙烷、四氯乙烷、三溴甲烷都属于沸石易吸附物质之列四氯化碳分子虽整个分子为非极性，但其直径为0．68～069nm，可进入沸石孔穴内。而天然水中的氯仿前驱物质腐殖酸或富里酸虽是带有芳香族环基本结构的高分子有机酸，但因这类分子往往带有--COOH、>c—o、--NH。等强极性官能团而有可能被沸石的外表

8、面吸附，得以部分去除。其它一些常见的有机污染物如酚类、苯胺、苯醌、氨基酸等，多有极性，分子直径适中，可望被沸石吸附。何杰等考察了天然沸石对自来水中致色有机物以及水中优先控制污染物苯酚和苯胺的去除效果，发现将沸石与活性炭配台使用，可弥补活性炭对极性较大的有机小分子吸附能力差的缺点，将自来水中致色有机物基本去除，且对苯酚、苯胺的去除效果均较好。目前正在研制使用的分子筛膜(或沸石膜)处理饮用水中的污染物时，不但可以去除水中的消毒副产