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沸石改性的三种方法

发布时间:2019-05-07     浏览次数:2732

随着我国城市化进程的不断加快和工农业的飞速发展,大量未经处理的城市垃圾、污染的土壤、工业和生活污水以及大气沉降物不断进入水中,使得水资源受到严重的污染。传统的污废水处理技术及材料受到极大的挑战,已不再或即将不再满足现实要求。开发成本低廉、效果显著的废水处理材料及技术势在必行。环境矿物材料因具有资源丰富,价格低廉等优点已成为近年来国内外环保及废水处理研究工作者关注的热点。环境矿物材料可以定义为由矿物及其改性产物组成的与生态环境具有良好协调性或具有防治污染和修复环境功能的一类矿物材料。环境矿物材料如沸石、海泡石、硅藻土等被越来越广泛地应用于废水处理中,并取得了良好的效果。沸石作为一种廉价的天然环境矿物材料,由于特殊的组成和结构决定了其具有很好的吸附性、离子选择性、离子交换性、催化性、耐酸性、耐辐射性、生物活性、热稳定性等特性。沸石已广泛的应用于工业、农业、国防、环保等领域,尤其是在环境保护及维护领域,沸石作为滤料、干燥剂、水质软化剂、离子交换剂等已被广泛应用。目前世界上已发现的天然沸石矿物种类超过40种,常见的有斜发沸石丝光沸石、毛沸石、钙沸石、片沸石、方沸石和菱沸石,其中斜发沸石在水处理中应用最广。本文综述了沸石在处理重金属、有机、无机及其它工业废水中的应用,并对其应用前景进行探讨。

沸石改性

天然沸石含有杂质,纯度较低,沸石内部孔道易堵塞,并且相互连通的程度也较差,孔径较小,去除比其孔径大的物质效果不太好,处于交换位置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,因此沸石须预先经过提纯、加工、改性等一系列处理,进一步改善其性能以便得到更广泛的应用。目前沸石的改性范围较广,概括有三种

(1)结构改性;(2)沸石晶体表面改性;(3)沸石内孔结构改性。通过改性后沸石的比表面积增大,吸附性能增强,离子交换容量增大。

以下是几种改性方法

(1)结构改性。沸石主要骨架元素为硅元素和铝元素,是决定沸石基本性质的主要因素,通过改性其骨架元素,改变硅铝比可以改变其基本性质,降低硅铝比可以显著提高沸石的吸附能力和吸附容量,提高硅铝比则可以使沸石的亲水能力下降,疏水能力增强,有利于其对水中有机污染物的吸附,可以根据需要降低或提高其硅铝比。

(2)沸石晶体表面改性。利用一些多孔的材料或助剂采用物理化学方法对矿物表面进行处理,有目的地改善矿物的物理性能或表面物理化学性质。常用的方法有:

①酸碱改性,经酸碱处理后,沸石的比表面积增大,吸附性能增强,表面活性增强;

②加热改性,加热处理可去除沸石孔洞中充填的水分、碳酸盐和有机物,使其内表面积增大,能很好地改善沸石的吸附交换能力;

③有机物改性,主要采用表面活性剂改善沸石的吸附能力。利用10%的盐酸和2mol/L的NaCl溶液对沸石进行改性后制得的H-型和Na+型沸石,用于去除市政污水中的氨氮,去除率分别达89.88%和79.65%;研究发现利用3mol/L的NaOH溶液在100℃的条件下改性的沸石对氨氮的吸附能力非常好。利用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵对沸石改性后用作曝气生物滤池的滤料,既能够发挥其吸附磷酸盐的效果,又有利于聚磷菌附着在其表面进行生物聚磷作用,起到双重除磷的效果。

(3)沸石内孔结构改性。用一些离子交换剂改善沸石内孔的离子类型,使用正离子交换剂进行改性是内孔结构改性的一种常用的方法,可使沸石内孔的位阻变小,内扩散速度加快,交换容量变大。如天然斜发沸石丝光沸石改性为Na+型和NH4+型后,对Pb2+、Zn2+、Cd2+等金属离子的选择性和交换容量都大大提高。

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