沸石在水处理中应用探究

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 400

2、m2/g800 m2/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

3、有一个带正电荷的金属阳离子（m+）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

4、下反应式表示（以nh4+离子为例）：除氨机理：z-na+nh4 z_ nh4+ na+再生机理：z- nh4+ na+f z-na+nh4+其中，z代表沸石骨架。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

5、。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

6、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，

7、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

8、去除率减少20%o所以实际操作的处理条件和沸石再生条件 等诸多影响因素需具体问题具体分析。第二，饱和沸石的最终处置问题。为了避免造成二次污 染，饱和沸石的处置方案与废水处理方案应同时考虑，不能 任意弃置，否则经雨水淋溶可能造成土壤和水体的污染。饱 和沸石的处置首先要考虑资源再利用。当然，沸石用在废水处理当中也有它的优势：第一，储量丰富，价廉易得，基于此，在实际当中可以 与其它一些比较昂贵的吸附剂配合使用，对于去除废水中的 污染物具有互补性，会产生一定的经济效益。第二，制备方法简单，设备运转简便，特别适用于中、 小型水处理厂，也可用于污水的深度处理。第三，可以去除水中的有机的和无机的污染物，具有较 高的化学性和生物稳定性。同时可以再生，循环使用。我国对沸石的开发和利用与国外相比起步晚、水平低、 速度慢，今后应加强沸石处理废水的基础理论研究，并在