沸石在我国储量巨大,价格低廉。用途广泛,可以作为催化剂、软化剂、离子交换剂等,工业上常用作分子筛,用来废水处理、海水淡化、硬水软化等。

1.1去除水中氨氮

随着我国经济建设的迅猛发展以及人口的剧增,用水量越来越大,必然产生大量的含有氨氮的生活污水和工业废水。大部分废水未经处理就直接排入天然水体.加上其他污物的排放,造成了水体的严重污染,产生富营养化等问题.太湖蓝藻大爆发就是一个实例。而天然斜发沸石具有孔隙度高、比表面积大的特点.对氨氮具有很强的选择性离子交换能力,常用于脱除污水中的氨氮。沸石作为极性吸附剂也是一种理想的生物载体其应用在生物沸石研究现状中已提及。

1.2去除水中的有机物

天然沸石的离子吸附作用只能吸附一些较小的有机分子.对于粒径大于沸石孔径的有机分子不能吸附进入沸石孑L道内。但是含极性基团或可极化基团有机物分子能在天然沸石外表面发生强烈吸附。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通过研究天然沸石对污水中BOD和CODQ净化效果的影响。结果表明,天然沸石对BODs的净化效果较好.去除效率为31.6%~53.8%.而对CODQ的效果较差,去除率仅为6.4%17.5%。将天然沸石对水中致色有机污染物的去除效果与活性炭比较。研究表明:天然沸石对水体中非极性溶解度小的致色有机物的去除效果不如活性炭.但是它能有效地吸附水中极性强f溶解度较大)、分子量较小的溶解性有机物.而这些正是活性炭吸附剂的弱点。因此,将活性炭与天然沸石配合使用能充分发挥各自的优点。可起到互补的作用。

1.3去除水中重金属离子

随着经济建设和工业的发展.产生大量含重金属离子的废水.水中的重金属不能被生物降解为无害物,从而在水体中不断富集,造成水体污染。对人们的身体造成不同程度的伤害.比如2010年的湖南长沙镉中毒和郴州的血铅超标事件天然沸石由于具有良好的吸附性和离子交换性能而在去除重金属污染中得到广泛关注通过研究天然沸石去除污水中的重金属pb2+的吸附过程表明可以用天然沸石来处理污水中的重金属Pb,并且对Pb+具有高选择性[2ol。利用乌克兰天然斜发沸石吸附去除炼铜工业废水中的Hg(II1。实验表明,其吸附机理以离子交换为主.吸附容量随pH值升高而增加.最大理论总吸附容量为121mg/g,吸附过程符合一级动力学方程,15min即可达到吸附平衡[211。用墨西哥天然斜发沸石吸附水中Pb2+、Cd2+,结果表明,在酸性pH值范围内天然斜发沸石对水中的pb2+、Cd2~具有非常好的吸附去除作用.去除率>95%。但pH>7时.天然斜发沸石对水中Cd2~的吸附能力急剧下降.而当pH>10时.天然斜发沸石对水中pb2+的吸附能力才有所下降。

1.4去除水中的砷、磷

在天然水体中.砷最广泛的存在形式是H3AsO3、H2AsO3一、H2AsO4-和HAsOV等阴离子基团。利用盐酸改性斜发沸石去除水中的H,AsOs和H2AsOV。研究发现,在22qC,pH=4,C。(As)-0.1一4mg/L时.吸附平衡符合Langmuir和Freundlich吸附等温模型,吸附容量:H2AsO4->H3AsO3;吸附70d后,Hs0的去除率达98%,可见,该酸改性斜发沸石可用于去除低浓度含砷废水,由于我国污水厂对磷去除的效果较差.导致水体中磷的富集.引起水体富营养化.目前国内外去除磷的方法主要有沉淀法、生物法、吸附和离子交换法。利用沸石去除磷正在受到人们的关注。通过室内模拟配水和实际废水试验表明.沸石除磷材料是一种优良除磷吸附剂。它能在较广的DH值范围内有效去除废水中的磷。

1.5去除水中的氟

氟是一种有毒的物质.在我国农村主要是依赖地下水作为水源.经常性的发生氟中毒事件。水中含有一定的氟对人体是有益的.可以预防牙齿和骨骼的疾病.但是如果超过规定的标准.就会对人体造成毒害我国某些干旱、半干旱地区地下氟含量偏高,导致“斑柚病”、“氟骨病”地方病发生。目前。降氟方法虽然很多,但都有一定弊端.于是人们将目光瞄向了沸石除氟。通过静态试验研究表明活化沸石降氟吸附反应较快,其最佳pH值范围为5.56.5:再生液pH值在小于4或大于1l时再生效果良好。采用动态试验考察,结果表明活化沸石比天然沸石的除氟容量提高了65%

1.6去除放射性物质

高放射性废液中Cs是主要的释热产物之一.要把高放射性废液变为中低放射液。去除其中的铯是关键的一步沸石的离子交换性能就可以消除水中的放射性137Cs和90Sr.并且交换了137Cs的沸石可作为放射源使用将某核工厂实际产生的弱放射性废水.调制成一定放射性核素和化学组成的试验原水。用泵输入活性炭柱去除水中杂质.出水自动流入沸石柱交换f吸附1放射性核素离子,使废水得到净化。沸石柱出水经检测合格,则直接输入废水排放槽排放。

1.7用于海水淡化

利用沸石的交换功能,人工合成的银离子交换沸石,加少许活性炭等物质,制成化学脱盐剂使海水脱盐,其主要成分是银式泡沸石.因为成本较大,所以目前只适用于军队紧急救生用。其作用原理为:沸石为一种无机离子交换树脂.它具有交换阳离子的能力,银离子能与氯离子反应生成氯化银沉淀,因此,银式泡沸石能去除氯、钠、钙、镁等离子;氢型强酸性阳离子交换树脂。也能去除钠、钙、镁等离子.氢氧化钡的作用是除去镁、硫酸根离子,反应式如下所示:AgZ(银式泡沸石)+Na(或Ca2+、Mg+)+Cl—NaZ+AgC1JBa(OH)2+M++s04}一Mg(OH)+BaSO4通过上述反应,Mg2、C1一、S042一等离子都成为不溶性的沉淀物.这些沉淀物经过滤装置分离除去后.滤过水便可供饮用

1.8用于硬水软化

沸石本身结构特征和配位键的不平衡决定了沸石能作为阳离子交换剂使用。以食盐水溶液作为沸石的改型处理剂.在加温条件下作动态处理后.其作为离子交换剂的使用价值和交换能力的大小更为理想。按体积效应,沸石中的Ca2、Mg+等二价离子被Na还原置换后,由于小离子Na~通过沸石内部通道和孔隙时,空间位阻小,比较容易进入通道.并向通道内扩散。且内扩散速度较快.这就使沸石具有更大的离子交换能力和软化水能力利用独石口天然沸石软化水的试验表明.经沸石处理后的软化水的质量己完全符介工业锅炉和一般生产部门使用软水标准.技术经济指标己达到或超过磺化煤离子交换剂的水平总之,我国沸石储量丰富、价格低廉。由于沸石具有良好的吸附性能和较大的比表面积。易于富集微生物,已经得到越来越广泛的关注。国外的研究主要集中在沸石去除氨氮的效果上.并且已经有实际工程运行,但是国外的应用主要在低浓度氨氮废水上.对于高浓度氨氮处理将是今后的研究重点。而国内主要是小试、中试处理氨氮浓度较低的微污染原水、污水厂二级出水。工程应用研究的较少,缺乏相应的运行资料,同时对沸石实际处理效果的影响因素研究较少。由于小试、中试主要是模拟原水。对于影响处理效果的因素可以人为进行控制.而工程应用中不可预知的情况较多,情况各不相同,人力难以完全加以控制,从而使得实际运行效果不如小试、中试。另外由于各地气候地形等条件的差异.也使得沸石在中水处理中的实际运行受到限制。因此沸石处理高浓度氨氮废水及其工程应用是今后研究的重要方向之一。