沸石是一类硅铝酸盐矿物的总称,这类矿物有规则的骨架结构,骨架中含有阳离子,其通常为碱亦或碱土金属离子,具有较强的离子交换性能。由于天然沸石在全世界储量较为丰富,并且具有较为广泛的应用价值,因此目前应用于众多生产生活领域中。

由于沸石对铵离子及多种金属离子都有交换选择性,因此被广泛应用于水污染控制,如氨氮废水的处理,重金属离子的去除,以及放射性元素的处理。处理氨氮废水是沸石的重要应用,需要相关的离子交换数据,同时离子交换性能也是评价沸石的重要指标。由于不同产地的矿石形成的条件不同,在沸石含量所含杂质等方面都有较大差异。

沸石离子交换平衡的Hofmeister效应-国投盛世

沸石的离子总交换容量较大,其能够对不同元素的离子有着较高的选择性,可用于分离、提取混合液中的不同元素,并且温度差异是造成沸石在离子交换过程中的重要因素,如果改变交换温度可以使离子交换达到完全的程度。

沸石离子交换平衡的Hofmeister效应-国投盛世

在具体试验中,需要将沸石先转化为钠型。将20g备好的沸石用100ml蒸馏水中,并洗3次 放入锥形瓶中,加入100ml 20g/L的NaCl溶液,再加入2mol/L的NaOH提高pH值到11,锥形瓶置于摇床,保证恒温25°C,转速为150r/min。经24h后换新鲜溶液。重复上述操作两次,倒出溶液,用100ml去离子水洗3次,之后干燥过夜,然后将溶液放置于烧杯之中,并用薄纸盖上使之与大气中的水蒸气平衡。接着将温度恒定,使用制备好的溶液来测定纳离子,保证达到交换平衡,之后测定平衡液中的浓度,并调整系统温度,以达到不同温度的不同离子交换平衡数据。

经过试验与资料文献分析,可以看出天然沸石及钠型改性沸石均可对重金属离子有着较强的交换性,并且不是单一地使用库仑力、表面络合作用、离子的体积效应、水合作用、诱导力以及色散力来对其解释,而是通过多种因素一起作用的结果。总之,沸石表面的离子吸附较一般无孔材料复杂得多,吸附选择性不能用现有理论进行描述。对于天然沸石吸附重金属离子的功能来说,专性吸附也是相当重要的一部分,而离子体积在有孔材料表面的吸附作用研究中是首先需要考虑的因素。