复合沸石滤料的制备与其处理生活污水试验分析

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1、济南人’≯硕f‘学化沦丈1．1沸石的应用现状1．1．2沸石的结构特征第一章前言沸石是自然界中广泛存在的一族铝硅酸盐矿物，其种类繁多，结构复杂，主要是由三维硅氧及铝氧格架组成，由于其独特的结构和晶体化学性质，使得其具有吸附分离、离子交换、催化、耐酸碱、耐辐射和比重小等特点，已经作为滤料、离子交换剂、吸附剂等广泛的应用于水处理行业中。通过对其进行改性以开发出经济、高效的新型水处理材料，对解决我国R益严峻的水环境污染和水资源短缺问题，具有重要的现实意义沸石的密度为1．92"--'2．809／cm3，莫氏硬度为5"---5．5，无色、肉红色、淡绿色或其他颜色。沸石具有多孔性、筛分性、

2、离子交换性、耐酸性以及对水的强结合性。沸石的结构一般由三维硅(铝)氧格架组成，其基本单元是以硅为中心和周围四个氧离子排列而组成的硅氧四面体[SiO。]，如图1．1所示O氧原子一●硅原雨图I．1沸石的结构单元Fig1．1constructionunitofzeolite硅原子位于四面体的中心，四个氧原子处于四面体的四个顶角。硅、氧离子之间的距离约为1．6埃，氧离子之问的距离约为2．86埃。硅氧四面体只能通过角顶点互复合沸彳i滤科的制箭及j￡处理生活污水试验研究曼曼曼曼曼曼曼笪曼曼曼!曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼!曼曼!曼曼!曼!曼!曼曼曼曼曼皇曼曼I!曼曼曼曼皇曼曼皇曼曼曼!曼曼曼曼

3、!曼曼曼曼曼曼曼蔓曼曼曼曼曼曼相连接构成硅氧四面体群。位于公共顶角上的氧离子为相邻的四个硅氧四面体所共有，它的负二价电荷被相邻的两个四面体中心的硅原子所中和，因此，角顶的氧离子在电性上是不活泼的，为惰性氧。每个硅氧四面体中的硅与氧之比为1：2，硅离子被项角上的四个氧离子(各以负一价存在)所中和，故整体价态为零。如果硅氧四面体中的硅原子被铝原子所置换，则形成铝氧四面体。铝是正三价的，这样铝氧四面体的四个顶角中的氧离子中有一个得不到中和，因而出现了负电荷。为了中和其电性，保持电中性的状态，则需要有其他补偿阳离子的加人。因此。通常的沸石骨架中都含有碱金属或碱土金属离子。由于沸石中铝

4、置换硅的数量是变化的，故硅铝比不同，碱金属或碱土金属的含量也是不同的。硅氧四面体和铝氧四面体通过其角顶相互连接，便构成了各种形状的三维硅(铝)氧格架结构，即沸石结构。由于硅(铝)氧四面体多样性的连接方式，在沸石结构中便形成了许多孔穴和通道Ⅲ。沸石结构内部的孔穴与通道，通常都被水分子填充，这些水被称为“沸石水”，能在特定温度下脱除，但不破坏沸石结构。沸石水脱除后留下的孔穴和通道，变成了如海绵或泡沫状的结构构造，是的沸石具有较大孔隙率与比表面积，因此沸石具有较强的吸附能力。沸石中含有大量的补偿阳离子，因此沸石的化学组成可以用下式束表示：(Na，K)。(Mg，Ca，Sr，Ba)，{

5、A1(x+2y)Si[n一(x+2y)]0孙}·mH。0式中Al的个数等于阳离子的总价数，0的个数为Al和Si总数的2倍。Na，K，Mg，Ca，Sr，Ba等补偿阳离子，在水中或其它介质中可以被其它的离子所置换。因此，沸石的结构式可以简写为RM+，式中R一表示沸石结构，M+则表示沸石中的补偿金属阳离子。因此沸石具有较强的离子交换能力，可以为阳离子交换吸附材料，M+对阳离子交换顺序为Cs+>Rb+>K+>NH4+>Sr+=Ba2+>Ca2+>Na+>Fe3+>A13+>M92+，故可以用来吸附去除水中的Ca2+，M92+，NH4+等离子‘2l。1．1．2沸石的改性方法天然沸石的孔

6、道易被其它杂质阻塞，相互连通的程度较差，造成其吸附能力较差：处于交换位上的交换离子不统一，其结合性有强有弱，导致其交换能力较差；其内部2济南人学硕fj学仲论文!Ii!i：i。TIli。。。；。ii

7、III硅氧骨架中的s，部分被A13+取代，且结构外部阳离子易水解，造成其表面带有负电荷，作为曝气生物滤池滤料时不利于微生物的挂膜生长，也难于吸附水中的阴离子污染物；表面的铝氧结构具有较强的亲水性能，使得其对有机物的吸附性能较差。有必要对其进行改性处理以提高其处理性能。目前天然沸石常用的改性方法有活化处理、表面改性和结构改性三种：一、活化处理沸石的活化方法一般有高温焚烧和无机酸处理等

8、。天然沸石经干燥后再对其进行高温焙烧，控制焙烧温度在350,--一5804C，焚烧时间90一-．120min，即为沸石的高温焙烧活化。焙烧温度过低往往起不到活化的效果，而温度过高通常会造成沸石结构的破坏。经高温焙烧后的沸石在机械强度和吸附能力方面均有较大幅度的提高n1。采用硫酸、盐酸等无机酸可对沸石进行预活化。通常采用浓度为4％一10％的盐酸或硫酸对沸石进行活化，低于此浓度的酸对存在于沸石中的杂质去除效果不好，而高于此浓度的酸会造成中和过程的不经济，不方便昭1。一般高温焙烧活化与无机酸活化这两种方法往往