沸石在水处理中应用探究

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1、沸石在水处理中应用探究摘要：本文介绍了我国沸石的种类及其分布概况,以产自甘肃省白银市的斜发沸石为研究对象，对其化学组成及分子晶格形式作了较为详尽的阐述，经实验室检测出其化学组成及物化指标，且对沸石作为吸附剂、离子交换剂、催化剂处理废水的作用机理进行了深入的探讨，并对沸石处理废水的前景进行了展望。关键词：沸石；水处理；吸附；离子交换1沸石处理废水的机理1.1吸附剂。沸石晶格内部构造开放性大，除了有稳定的［(Al,Si)04］四面体从角顶相互联结，形成架状硅铝氧骨干外，还有很多大小均一的孔穴和通道，孔穴通过开孔的通道彼此相通，使得沸石具有巨大的比表面积，据有关资料显示，可达400m2/g〜800m

2、2/g；且阳离子晶格内的负电与平衡阳离子的正电电荷中心在空间上是不重叠的，分子间具有巨大的静电吸引力［1］。综上所述，比表面积大，静电吸引力强，沸石具有良好的吸附吸附性能。当沸石晶格内的孔穴和通道出现空缺时，沸石对气体或液体表现出极强吸附性能，尤其是对S02、NH3等及某些有机蒸汽等敏感性气体吸附更为有效。与其他吸附剂相比，沸石具有选择性高、吸附量大、吸附效率高的特点。1.2离子交换剂。沸石空间最基本的结构单位是硅氧（Si04）四面体和铝氧（A104）四面体。其中1个氧原子的价电子没有得到中和,使得整个铝氧四面体带一个负电荷，为了保持电中性，铝氧四面体附近必须有一个带正电荷的金属阳离子（M+）

3、来抵消它的所带的负电荷（通常是碱金属或碱土金属离子）。但是沸石中的Na+、K+等金属阳离子与硅铝氧骨干结合得相当弱,进入沸石表面的阳离子则与沸石晶格中的阳离子如Na+、K+等交换，通常斜发沸石的阳离子交换顺序为：Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+>Ba2+>Sr3+>Ca2+>Mg2+,常规强酸性树脂的阳离子选择顺序：Fe3+>Ca2+>Mg2+>K+>NH4+>Na+>H+>Li+o交换后沸石结构不被破坏，还可以再生。其反应机理可用如下反应式表示（以NH4+离子为例）：除氨机理：Z-Na++NH4Z_NH4++Na+再生机理：Z-NH4++Na+fZ-Na++NH4+其中，Z代表

4、沸石骨架。1.3催化剂。沸石的催化性表现为当某种反应寄附于沸石晶格内部大孔穴表面时，其反应速度会加快，而且反应生的新物质又可以从沸石内部扩散释放出来，而沸石的晶格框架不被破坏。2沸石在国内外水处理中的应用2.1去除废水中的氨氮。水体中氨氮含量增加会导致水体富营养化，藻类大量繁殖，溶解氧锐减，水质严重恶化，从而破坏水生态平衡。因此，有效控制和降低污水中氨氮含量已成为现代污水处理技术的一项新课题。笔者对沸石去除氨氮行为进行了实验研究。实验所用沸石是产自甘肃白银的斜发沸石，对于改性方法很多，参考文献［2-4］均有介绍。经实验摸索对比，确定采用氯化钠溶液改性效果比较好，其最佳浓度为0.9mol/L,如

5、图1所示。沸石除氨去除氨氮的结果表明，废水的pH值对沸石除氨有很大的影响，在pH值6.7时达到最大交换容量•经分析得出，原因是氨氮在水溶液中的存在形态随pH值的不同有变化。2.2去处废水中的重金属离子锌、鎔、鎳等重金属离子是造成环境污染、对人体极为有害的物质，消除方法有活性炭吸附法、溶剂萃取法、离子交换法。而沸石几乎对水中所有的重金属离子都有去处作用，实验表明，采用HC1和NaCl活化过的沸石处理以上三种重金属离子效果比较好，被沸石吸附交换的重金属离子还可以浓缩回收，沸石经处理后还可以循环再生使用。笔者研究了活性沸石对电镀废水中重金属离子的交换吸附作用。经处理后，废水中锌、镉、镰的含量均低于国

6、家标准。Bowman等发现，经表面活性剂改性的沸石，尤其是阳离子表面活性剂改性的沸石，在保持原有去除重金属离子、氨根离子、和其他无机物及某些有机物的能力的同时，还可以有效去除水中的含氧酸根，并大大提高其去除有机物的能力。2.3去除饮用水中的氟氟为一种有毒的物质饮用水中氟的含量过高，容易使儿童患氟斑病和氟骨症。实验时对沸石除氨的机理进行了探究，实验结果表明，未改性沸石除氨机理主要是物理吸附，原因是沸石具有疏松多空的结构，比表面积大，吸附能力强。改性沸石（经2mol/L的A1C13溶液改性）的除氟机理为物理吸附和化学吸附法，经改性后，沸石的多空结构和大的比表面积使化学吸附点增多，F-可以比较充分地

7、与A13+结合生成氟化铝化合物，达到除氟的目的，进而符合国家饮用水标准。3.沸石在水处理方面的应用前景国内外学者已经做了广泛深入的研究，但大多数还只是停留在实验阶段，应用于实际生产的少之甚少。究其原因，笔者认为：第一，实际废水来源各异，成分复杂，这就造成污水中的部分阳离子会产生交换竞争。以除氨氮为例，通过实验发现，K+对NH4+的离子交换过程抑制作用最明显，可以使氨氮去除率减少20%o所以实际操作