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沸石土壤保水剂

发布时间:2019-07-10     浏览次数:2677

1765年瑞典矿物学家Cronstedt在冰岛玄武岩杏仁状孔隙内,首先发现一种白色透明的矿物,因其加热时出现发泡沸腾现象,便以希腊文命名为“zeo-lite”,意为“沸腾的石头”。当时沸石因其形态美观而被陈列于博物馆内,直到本世纪50年代末,当日本、美国等科学家发现沸石矿物是火山沉积岩的主要组分后,引起了世界各国地质学家、化学家对天然沸石的普遍关注。目前全世界已发现天然沸石四十多种,人工合成沸石近两百种。如今沸石已被广泛应用与建材、造纸、石油化工、农业、环境保护等部门。本文主要论述了沸石在环境水处理领域的应用状况和应用前景,为进一步挖掘天然矿物在环境治理中的应用提供理论依据。

沸石的结构和特性

沸石是一族具有连通孔道的呈架状构造的含水铝硅酸盐矿物,其基本组成为M((AIO2)a(SiO2)b)·wH20。式中M是碱金属或是碱土金属阳离子,n是阳离子价数,w是水分子数,a和b是小整数,a+b是晶胞四面体的总数,b/a是硅铝比,一般为1~5。沸石结构可以分为三个部分:铝硅酸盐构架、构架中相互连结的孔隙(孔道和空穴)、在孔道或空穴中的阳离子和水分子。构架中硅氧四面体内的硅四价阳离子常被铝三价正离子置换,出现过剩负电荷,由碱土金属离子补偿,这些补偿阳离子与晶格结合力很弱,具有很高的自由度,活跃在孔道中,使沸石具有优良的离子交换性能。构架中连通的孔道、孔穴使沸石拥有很大的内表面积,特别当“沸石水”受热溢出后,通道和孔穴更加空旷,相应内表面积更加巨大。而且脱水沸石晶穴内部具有很强的库仑场和极性,表现出强烈的吸附性,加之沸石孔道大小均匀,尺寸固定,形状规则,因此吸附具有选择性,即具有分子筛和离子筛的功能。此外,沸石还具有耐酸、耐高温、耐辐射等性能。这些物化性能决定了沸石在环境治理方面必将具有广泛的应用前景。

沸石用于保持土壤水分

沸石土壤保水剂

中国水资源分布不均,西北地区及云贵高原等地区水资源十分匮乏,极不利于农作物的生长,如何保持土壤中的水分已成为人们日益关注的问题,使用“保水剂”是目前主要解决土壤贫水的有效方法。天然腐殖质是最好的保水剂,属于亲水性多孔胶体,能吸附200%的气态水500%的液态水,然而天然腐殖质产品数量有限。用高分子亲水材料的成本较高,而且高分子材料有二次污染的潜在危险,不符合积极提倡的走可持续发展道路的要求。

用5%的沸石与土壤混合,可十分有效地将土壤的保湿性能提高7-8倍,优于传统的具有网状结构的聚丙烯酸材料。沸石本身由硅氧和铝氧四面体构成开放性结构,含有大量的空腔和孔道以及巨大的内比表面积,可发生离子交换及可逆的吸附一脱附水作用。土壤本身的保湿性约3h,美国JRMChemicalDivisionofCleveland公司提供的保水剂,其主要成分为网状结构的聚丙烯酸,保湿时间约12h,掺加沸石的土壤在相同的条件下,保湿时间可延续至4-7d。

如果将沸石和高分子亲水材料通过组装、分散等处理之后,制成功能性复合材料试用在植物根苗附近,就可望形成调控水含量的小环境。例如使用聚丙烯酸之类的强吸水剂在雨天尽量多吸附水,再通过植物根系的作用和沸石等各种复合材料的传递,将所蓄水分缓慢释放。这样一来就有可能帮助缺水地区的树苗成活,进而恢复植被,防沙治沙。

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