铅是一种危害性极大的重金属元素,广泛存在于自然界。对水体的污染将严重威胁到人类的身体健康,因此需要除去水中的铅离子。对此,可以应用改性试剂对天然沸石改性,使沸石的离子的交换能力得到提升,从而有效去除铅离子。

水体中的铅离子严重影响到人们的正常生活,一般应用离子交换法和化学沉淀法,其中离子交换法具有更高的效益。沸石虽然有良好的离子交换能力,其实天然沸石在实际的使用之中的离子交换的容量并不能够使得正常的生产需求得到很好的满足。为了提高天然沸石的使用性能,在实际的使用之中人们开始尝试借助改性剂对天然沸石离子交换能力进行改进。经过多次的实践以及实际应用,终于总结出了对于NaCl的使用,可以使得天然沸石的改性结果获得相对满意的效果。与此同时,还发现天然沸石在与铅离子进行平衡性的容量交换时可以产生出0.5135mmol/g的效果。

一、天然沸石的工业加工方法

天然沸石工业加工过程中,按照一定的粒径标准将天然沸石原矿粉碎,然后将其放置到盐酸亦或者是硫酸的溶液中浸渍适当的时间,在其充分的中和反应之中再把该矿体以水作为介质进行煮沸的加工,在煮沸达到满意的效果之后再将该矿样进行干燥以及焙烧的处理,如此一来,在这一系列的处理程序之后,天然沸石的离子吸附能力以及交换能力均得到质的提升。

在处理过程中,需要对天然的原矿进行粉碎,粉碎的标准是达到5~80目的范围,因为处理的粒径在超过5目时对其进行浸渍的处理时并不能很好的浸透到晶体的内部之中,也不能清除孔道结构中的杂质和可溶性物质,会对后期离子交换性能产生影响。如果粒径小于80目,使用过程中不能满足要求,颗粒过小易被吹散,成品率和经济效益较低。处理过程中应用的酸浓度一般控制在4%~10%内,浸渍时间在10h~20h内,有效去除可溶性物质和杂质。经上述方法处理过的沸石,需要再经过干燥和焙烧步骤,避免残留在孔道内的水分破坏到晶体的结构,因为如此会对矿样原本的吸附能力产生不可控的影响,焙烧温度控制在250℃~500℃。

二、改性沸石去除铅离子的效果如何?

应用已经改性的沸石与稀硝酸溶液反应,实现离子交换,现以钠型沸石为例,论述改性沸石与铅离子的交换过程。

 (1)称取一定量的硝酸铅置于1000mL烧杯中,之后注入适量蒸馏水搅拌均匀,最后定容1000mL。(2)称取30g钠型沸石加入烧杯中,将事先准备好的铅离子选择性电极插入其中。(3)将溶液的pH值控制为3,在20℃环境条件下连续搅拌,将搅拌速度控制在150r/min。(4)每隔相同时间读取一次铅离子的浓度,及时做好记录。(5)大约90min后停止搅拌,记录铅离子此时的浓度数值。(6)待沸石颗粒沉降之后处理掉上层的溶液,测其中钠离子浓度值并进行记录。(7)去离子水洗涤沸石3次,再进行过滤以及干燥(4h)的处理。试验重复两次,取平均值为最终的数据。(8)在20℃恒温条件下,将溶液的pH值分别控制在5、7、9,将环境温度控制在50℃左右,重复上述试验。

经过改性后的沸石可以大大提高铅离子的交换能力,可以满足废水处理的要求,试验结果表明交换铅离子的交换能力确实得到提高,对工业生产具有重要的借鉴意义。