Zeolite在我國儲量巨大,價格低廉。用途廣泛,可以作為催化劑、軟化劑、離子交換劑等,工業上常用作分子篩,用來廢水處理、海水淡化、硬水軟化等。
1.1去除水中氨氮
隨著我國經濟建設的迅猛發展以及人口的劇增,用水量越來越大,必然產生大量的含有氨氮的生活污水和工業廢水。大部分廢水未經處理就直接排入天然水體.加上其他污物的排放,造成了水體的嚴重污染,產生富營養化等問題.太湖藍藻大爆發就是一個實例。而天然斜發沸石具有孔隙度高、比表面積大的特點.對氨氮具有很強的選擇性離子交換能力,常用于脫除污水中的氨氮。沸石作為極性吸附劑也是一種理想的生物載體其應用在生物沸石研究現狀中已提及。
1.2去除水中的有機物
天然沸石的離子吸附作用只能吸附一些較小的有機分子.對于粒徑大于沸石孔徑的有機分子不能吸附進入沸石孑L道內。但是含極性基團或可極化基團有機物分子能在天然沸石外表面發生強烈吸附。沸石對有機污染物的吸附能力主要取決于有機物分子的極性和大小通過研究天然沸石對污水中BOD和CODQ凈化效果的影響。結果表明,天然沸石對BODs的凈化效果較好.去除效率為31.6%~53.8%.而對CODQ的效果較差,去除率僅為6.4%17.5%。將天然沸石對水中致色有機污染物的去除效果與活性炭比較。研究表明:天然沸石對水體中非極性溶解度小的致色有機物的去除效果不如活性炭.但是它能有效地吸附水中極性強f溶解度較大)、分子量較小的溶解性有機物.而這些正是活性炭吸附劑的弱點。因此,將活性炭與天然沸石配合使用能充分發揮各自的優點??善鸬交パa的作用。
1.3去除水中重金屬離子
隨著經濟建設和工業的發展.產生大量含重金屬離子的廢水.水中的重金屬不能被生物降解為無害物,從而在水體中不斷富集,造成水體污染。對人們的身體造成不同程度的傷害.比如2010年的湖南長沙鎘中毒和郴州的血鉛超標事件天然沸石由于具有良好的吸附性和離子交換性能而在去除重金屬污染中得到廣泛關注通過研究天然沸石去除污水中的重金屬pb2+的吸附過程表明可以用天然沸石來處理污水中的重金屬Pb,并且對Pb+具有高選擇性[2ol。利用烏克蘭天然斜發沸石吸附去除煉銅工業廢水中的Hg(II1。實驗表明,其吸附機理以離子交換為主.吸附容量隨pH值升高而增加.最大理論總吸附容量為121mg/g,吸附過程符合一級動力學方程,15min即可達到吸附平衡[211。用墨西哥天然斜發沸石吸附水中Pb2+、Cd2+,結果表明,在酸性pH值范圍內天然斜發沸石對水中的pb2+、Cd2~具有非常好的吸附去除作用.去除率>95%。但pH>7時.天然斜發沸石對水中Cd2~的吸附能力急劇下降.而當pH>10時.天然斜發沸石對水中pb2+的吸附能力才有所下降。
1.4去除水中的砷、磷
在天然水體中.砷最廣泛的存在形式是H3AsO3、H2AsO3一、H2AsO4-和HAsOV等陰離子基團。利用鹽酸改性斜發沸石去除水中的H,AsOs和H2AsOV。研究發現,在22qC,pH=4,C。(As)-0.1一4mg/L時.吸附平衡符合Langmuir和Freundlich吸附等溫模型,吸附容量:H2AsO4->H3AsO3;吸附70d后,Hs0的去除率達98%,可見,該酸改性斜發沸石可用于去除低濃度含砷廢水,由于我國污水廠對磷去除的效果較差.導致水體中磷的富集.引起水體富營養化.目前國內外去除磷的方法主要有沉淀法、生物法、吸附和離子交換法。利用沸石去除磷正在受到人們的關注。通過室內模擬配水和實際廢水試驗表明.沸石除磷材料是一種優良除磷吸附劑。它能在較廣的DH值范圍內有效去除廢水中的磷。
1.5去除水中的氟
氟是一種有毒的物質.在我國農村主要是依賴地下水作為水源.經常性的發生氟中毒事件。水中含有一定的氟對人體是有益的.可以預防牙齒和骨骼的疾?。侨绻^規定的標準.就會對人體造成毒害我國某些干旱、半干旱地區地下氟含量偏高,導致“斑柚病”、“氟骨病”地方病發生。目前。降氟方法雖然很多,但都有一定弊端.于是人們將目光瞄向了沸石除氟。通過靜態試驗研究表明活化沸石降氟吸附反應較快,其最佳pH值范圍為5.56.5:再生液pH值在小于4或大于1l時再生效果良好。采用動態試驗考察,結果表明活化沸石比天然沸石的除氟容量提高了65%
1.6去除放射性物質
高放射性廢液中Cs是主要的釋熱產物之一.要把高放射性廢液變為中低放射液。去除其中的銫是關鍵的一步沸石的離子交換性能就可以消除水中的放射性137Cs和90Sr.并且交換了137Cs的沸石可作為放射源使用將某核工廠實際產生的弱放射性廢水.調制成一定放射性核素和化學組成的試驗原水。用泵輸入活性炭柱去除水中雜質.出水自動流入沸石柱交換f吸附1放射性核素離子,使廢水得到凈化。沸石柱出水經檢測合格,則直接輸入廢水排放槽排放。
1.7用于海水淡化
利用沸石的交換功能,人工合成的銀離子交換沸石,加少許活性炭等物質,制成化學脫鹽劑使海水脫鹽,其主要成分是銀式泡沸石.因為成本較大,所以目前只適用于軍隊緊急救生用。其作用原理為:沸石為一種無機離子交換樹脂.它具有交換陽離子的能力,銀離子能與氯離子反應生成氯化銀沉淀,因此,銀式泡沸石能去除氯、鈉、鈣、鎂等離子;氫型強酸性陽離子交換樹脂。也能去除鈉、鈣、鎂等離子.氫氧化鋇的作用是除去鎂、硫酸根離子,反應式如下所示:AgZ(銀式泡沸石)+Na(或Ca2+、Mg+)+Cl—NaZ+AgC1JBa(OH)2+M++s04}一Mg(OH)+BaSO4通過上述反應,Mg2、C1一、S042一等離子都成為不溶性的沉淀物.這些沉淀物經過濾裝置分離除去后.濾過水便可供飲用
1.8用于硬水軟化
沸石本身結構特征和配位鍵的不平衡決定了沸石能作為陽離子交換劑使用。以食鹽水溶液作為沸石的改型處理劑.在加溫條件下作動態處理后.其作為離子交換劑的使用價值和交換能力的大小更為理想。按體積效應,沸石中的Ca2、Mg+等二價離子被Na還原置換后,由于小離子Na~通過沸石內部通道和孔隙時,空間位阻小,比較容易進入通道.并向通道內擴散。且內擴散速度較快.這就使沸石具有更大的離子交換能力和軟化水能力利用獨石口天然沸石軟化水的試驗表明.經沸石處理后的軟化水的質量己完全符介工業鍋爐和一般生產部門使用軟水標準.技術經濟指標己達到或超過磺化煤離子交換劑的水平總之,我國沸石儲量豐富、價格低廉。由于沸石具有良好的吸附性能和較大的比表面積。易于富集微生物,已經得到越來越廣泛的關注。國外的研究主要集中在沸石去除氨氮的效果上.并且已經有實際工程運行,但是國外的應用主要在低濃度氨氮廢水上.對于高濃度氨氮處理將是今后的研究重點。而國內主要是小試、中試處理氨氮濃度較低的微污染原水、污水廠二級出水。工程應用研究的較少,缺乏相應的運行資料,同時對沸石實際處理效果的影響因素研究較少。由于小試、中試主要是模擬原水。對于影響處理效果的因素可以人為進行控制.而工程應用中不可預知的情況較多,情況各不相同,人力難以完全加以控制,從而使得實際運行效果不如小試、中試。另外由于各地氣候地形等條件的差異.也使得沸石在中水處理中的實際運行受到限制。因此沸石處理高濃度氨氮廢水及其工程應用是今后研究的重要方向之一。