天然沸石改性時，其礦樣的粒徑有一定的要求。若顆粒大于5目，則酸只能浸潤晶體表面而不能浸透晶體內部結構，因此不能將內部結構孔道中的不純物質或可溶性物質清除出來，影響其吸附性能。相反，若顆粒小于80目，它一方面是使用上不合適，另一方面是由于顆粒過小易被吹散而造成品率低，在經濟上是不合算的。因此，對天然沸石進行改性試驗，沸石的粒度范圍應該控制在5目~80目之間，為了尋找沸石改性的最佳粒度，設計并進行了沸石改性最佳粒度探索試驗。

試驗步驟

(1) ?將破碎后的沸石原礦用網目分別為5目（4mm）、9目（2mm）、12目（1.5mm）、16目（1mm）、32目（0.5mm）、60目（0.3mm）、70目（0.22mm）和80目（0.18mm）的標準篩進行篩分，按照不同的粒度進行分類并編號，分別為090518-1~090818-9，用蒸餾水洗滌2~3次，洗去礦樣表面附著的雜質和細粉塵，105℃干燥，裝袋保存。

(2) ?分別稱取不同粒度的沸石原礦10.00g，放入100ml錐形瓶中，加入1mol/L的鹽酸50ml，改性時間10h，溫度室溫25℃。

(3) ?將改性后樣品洗滌并于105℃條件下干燥，制樣并分別測試其吸氨量和吸水率。

??結果與討論

不同粒度天然沸石在相同條件酸法改性后其吸氨量和吸水率的測試結果見表3.1。

表3.1 ?不同粒徑沸石改性測試結果表

Tab.?3.1??Analysis result of different diameter zeolite modification

根據表3.1中的數據做出沸石粒徑與沸石改性后吸氨量及吸水率的關系圖，
在相同的改性條件下，沸石的粒徑越小改性效果也越好。從5目（4mm）到32目（0.5mm）隨著沸石粒徑的減小，改性后沸石的吸氨量也隨著增大，但曲線較為平緩。到32目（0.5mm）之后雖然隨著粒徑減小吸氨量有所上升，但吸氨量值改變不是很大。吸水率的變化不是很明顯，但總的趨勢符合規律。分析圖3.1和圖3.2的結果，可以得出以下結論：

引起這種結果的可能原因是：粒徑越小，總的比表面積就增大，故改性的效果也變好。但外表面積比內表面積小的多，所以由粒徑的減小而引起的比表面積增加是很有限的，其影響結果也就不很明顯。考慮到被吸附物質的擴散速度及沸石的破碎功耗與損失，選取60目（0.3mm）作為沸石改性的最佳粒度是合適的。

?天然沸活化處理最佳條件

天然沸石進行焙燒預處理（活化），沸石中的水加熱到200℃左右即可逸去，沸石得到活化，形成疏松多孔的海綿體，使吸附和陽離子交換等特性得以發揮。而且當水受熱逸出后，通道和孔穴更加空曠，相應內表面積更加巨大，而且脫水后沸石晶穴內部具有很強的庫侖場和極性，色散力與靜電力的加和使沸石表現出強烈的吸附性。沸石具有耐高溫特性，但溫度太高會破壞其結構使其失去離子交換功能。

由此可見，在天然沸石改性前對其進行焙燒預處理（活化）是很有必要的。通過合適條件的焙燒可以清除沸石孔道中的雜質和有機物，提高其吸附性能，對提高沸石改性效果是很有益處的。所以在沸石改性前要確定最佳的焙燒條件，即：焙燒的溫度和焙燒時間。

?試驗步驟

(1) ?沸石原礦破碎到60目左右，蒸餾水洗滌2~3次除去表面附著的雜質和灰塵，并于105℃干燥；

(2) ?分別將上述干燥的沸石礦稱取適量于馬弗爐中焙燒2h，焙燒溫度分別為300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃，各樣品編號依次為BSWD-1~BSWD-11，焙燒完成后將各樣品取出并于干燥皿中冷卻至室溫，裝袋保存；

(3) ?將上述樣品制樣并測試其吸氨量和吸水率；

(4) ?分析前述試驗取得的結果，確定焙燒的最佳溫度（400℃），在此溫度下稱取適量上述沸石原礦于馬弗爐中焙燒，焙燒時間分別為30min、60min、90min、120min、150min、180min、210min、240min、270min、300min，各樣品編號依次為BSSJ-1~BSSJ-10，焙燒完成后將各樣品取出并于干燥皿中冷卻至室溫，裝袋保存；

(5) ?各樣品分別制樣并測試其吸氨量和吸水率。

?結果與討論

天然沸石于不同焙燒溫度，相同焙燒時間（2h）預處理后其吸氨量、吸水率測試結果見表3.2。

表3.2 ?不同焙燒溫度預處理沸石測試結果表

Tab.?3.2??Performance test result of zeolite under different?calcination?temperature

根據表3.2中的數據做出焙燒溫度與沸石改性后吸氨量及吸水率的關系圖，見圖3.3、3.4。

從圖3.3和圖3.4可以看出，焙燒預處理沸石的吸氨量和吸水率與焙燒溫度有很大的關系，從300℃開始吸氨量和吸水率都呈上升的趨勢，并于400℃達到最大值。當溫度升高到600℃之后吸氨量值開始下降，并于700℃時急劇下降。出現這種現象可能原因是：隨著焙燒溫度的增加，沸石的孔徑增大、比表面大幅度減小，這是因為高溫焙燒使沸石脫水而導致孔壁坍塌^[26]，形成了更大的孔道，導致比表面減少且平均孔徑增大。這將會減少沸石表面與溶液中NH₄⁺進行的離子交換和吸附反應，從而導致其對氨氮吸附量的下降。且焙燒溫度越高，這一現象就越明顯，這與圖中的結果是一致的。

而圖中的吸水率在剛開始出現一個高峰達到78.50%，超過了原礦測試的吸水率67.50%，可能的原因是在200℃焙燒時失去了一部分結合水，導致吸水率的提高。但是從總體的趨勢來看還是符合規律的。由此可以確定沸石焙燒的最佳溫度為400℃。

天然沸石在焙燒溫度400℃，不同焙燒時間條件預處理后其吸氨量、吸水率結果見表3.3。

表3.3 ?不同焙燒時間預處理沸石測試結果表

Tab.?3.3??Performance test result of zeolite under different?calcination?time

根據表3.3中的數據做出焙燒時間與沸石改性后吸氨量及吸水率的關系圖

從結果可以看出，焙燒時間對預處理活化后沸石的吸氨量影響較大，而對其吸水率的影響不大。在焙燒時間為210min時達到最大值，隨著焙燒時間的延長，其吸氨量有所下降。

綜合上述試驗取得的結果，天然沸石焙燒預處理的最佳焙燒溫度為400℃，最佳焙燒時間為210min。在此條件下沸石的吸氨量值最大可以達到167mmol/100g，吸水率可以達到69.90%。

研究結論說明：不同溫度焙燒后沸石的3個最高特征峰的位置幾乎沒有改變，說明高溫焙燒沒有改變沸石主要的晶形結構。而引起沸石吸氨量下降的原因可能是沸石內部孔道的坍塌造成的，該結果很好的驗證了前述的理論解釋。

?研究結果

上面完成了天然沸石改性最佳粒度的確定和焙燒預處理條件的尋找和優化，根據上面實驗得出以下結論：

(1) ?沸石改性的最佳粒度為60目，在此粒度條件下改性效果較好而且加工成本上也較為合算；

(2) ?Zeolite進行焙燒預處理是很有必要的，能顯著提高沸石的吸氨量和吸水性，通過試驗確定沸石焙燒預處理的最佳條件為：焙燒溫度400℃，焙燒時間210min。

(3) ?對不同溫度焙燒后的沸石礦樣做X射線衍射分析，對造成沸石性能變化的理論解釋進行驗證，結果表明理論分析可以很好地與X射線衍射結果相符合。