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| 改性沸石在環(huán)境保護領(lǐng)域大有作為 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-02-09 10:57:11 瀏覽次數： |
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目前，直接應用天然沸石的領(lǐng)域主要有高氟水的凈化、無(wú)機污水處理、凈化空氣、廢氣處理。主要利用沸石的吸附性、離子交換性，對沸石的改性可以強化這兩種能。除此之外，作為無(wú)機材料的沸石與有機物的親和力較弱，有機改性可以彌補這個(gè)不足，從而提高天然沸石的性能。除替代天然沸石應用與上述領(lǐng)域外，改性沸石還可用于處理有機廢水、吸附非極性有害氣體和制備抗菌材料等。
1 生活用水及工業(yè)廢水處理
天然沸石應用于水處理領(lǐng)域，早期研究主集中在處理含氨氮、重金屬離子的廢水。隨著(zhù)科技的進(jìn)步，研究熱點(diǎn)轉向采用改性后的沸石處理污染物。處理有機廢水效果不佳一直限制著(zhù)天然沸石的應用，因此有機改性逐漸受到研究人員的重視。
2 除氟
高氟水在我國分布非常廣泛，對人體危害很大。多年來(lái)人們不斷研究降氟方法。飲水是人體攝入氟的主要來(lái)源，目前我國約有七千萬(wàn)人口在飲用高氟水，研究經(jīng)濟有效的除氟方法意義重大。天然沸石用于降氟曾有報導，但由于沸石處理、活化方法不當，降氟容量（F—與沸石的質(zhì)量比）很低，只有60×10-6~70×10-6，有的雖然達到350×10-6，但接觸時(shí)間長(cháng)達6.28小時(shí)，沒(méi)有應用價(jià)值。天然沸石的結構特點(diǎn)使其具有獨特的離子交換和吸附性能。通過(guò)離子交換后即可用于降氟。反應式如下：
3 去除水中有機物
由于沸石表面硅氧結構的極性較強，沸石吸附有機物的性能較差，也不能去除廢水中的陰離子污染物。為了使沸石更為廣泛的應用，提高沸石處理污水和廢水的能力，需要對其表面進(jìn)行改性。采用陽(yáng)離子表面活性劑對沸石改性，進(jìn)而處理廢水是目前國內外環(huán)保研究者的研究熱點(diǎn)之一。
改性沸石的穩定性是其應用的重要前提之一。Z.Li等研究了HDTMA改性沸石的化學(xué)和生物穩定性，發(fā)現在強酸性條件（pH=3），強堿性條件（pH=9）、還原條件（0.1 mol·L-1 Na2S2O4）、氧化條件（5% H2O2）和高離子強度條件（1.0 mol·L-1 CaCl2）下長(cháng)期使用，90%以上的有機改性劑仍然保留在沸石上。在有氧和厭氧條件下使用2~4個(gè)月，95%以上的有機改性沸石保持不變，且改性沸石不影響水中微生物的活性。采用表面活性劑改性沸石，提高了天然沸石去除有機污染物的能力，且改性沸石性能穩定。
有機改性后沸石對有機污染物的吸附能力顯著(zhù)提升。Lemi?等采用SDBAC（十八烷基二甲基芐基氯化銨）進(jìn)行改性，獲得的改性沸石用于吸收水中的殺蟲(chóng)劑和除草劑。結果表明，改性沸石對阿特拉津（除草劑）、林丹（殺蟲(chóng)劑）、二嗪農（殺蟲(chóng)劑）的吸附量分別為2.01、3.40、4.42μmol·kg-1。曹艷芳等研究了以溴化十六烷基三甲胺為改性劑制備的改性沸石對水中苯胺的吸附。結果表明，改性沸石對苯胺的吸附效果顯著(zhù)，吸附時(shí)間為120min時(shí)吸附率約為85%。魏翔等采用溴化十六烷基三甲胺制備改性沸石，研究了改性沸石吸附水中有機物的影響因素。結果表明，改性沸石對二氯苯酚（DCP）有很好的吸附效果。
袁鳳英等發(fā)現單獨使用陽(yáng)離子表面活性劑會(huì )影響沸石的吸附量。兩性離子表面活性劑分子中有兩種離子存在，易溶于水，且在較濃的酸和堿中仍能溶解，并保持陽(yáng)離子的性質(zhì)。選擇十六烷基三甲基溴化銨與N，N-二甲基十二烷基甜菜堿兩種表面活性劑按1：1的比例復配成混合表面活性劑對沸石改性，用改性沸石處理含重鉻酸鹽和苯酚廢水，去除率在90%以上。
4 除氨氮
天然水體中氨氮主要來(lái)源于蛋白質(zhì)的分解，或由附近污染源產(chǎn)生的亞硝酸氮、硝酸氮在一定條件下相互轉化而形成。我國地下水中氨氮、硝酸銨含量超過(guò)飲用水標準的地區還很多，方性疾病也伴隨產(chǎn)生。目前在凈水工藝中廣泛采用的過(guò)濾介質(zhì)是活性炭，但活性炭的價(jià)格昂貴；沸石作為一種廉價(jià)的無(wú)機非金屬礦物，因其獨特的吸附、篩分和離子交換性能，在城市污水處理中有著(zhù)很好的應用前景。
薛玉等探討了沸石結構對沸石吸附性能影響的機理。結果表明，沸石結構、孔隙分布以及化學(xué)成分是影響沸石對氨氮吸附容量的主要因素，結構松散、孔徑較大、孔隙均勻的沸石吸附容量較高。Cooney等研究結果顯示Na+改性沸石在含有Ca2+、Mg2+、K+離子的污水中除氨效果最好。夏麗華等研究結果表明改性沸石對氨氮有很好的去除效果，酸改性沸石的處理效果明顯優(yōu)于堿改性沸石。
改性沸石除氨氮后，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理即可再生。劉翔等提出了一種以沸石為載體的快速除氮裝置及其活化與再生的方法。其特征在于：沸石填料可通過(guò)蒸汽活化，提高去除效率。吸附飽和后再經(jīng)過(guò)蒸汽汽提再生恢復其部分吸附能力。江喆等研究了處理氨氮后改性沸石的再生，在強堿條件處理改性沸石，被交換上去的NH4+以NH3形式被交換下來(lái)，而NH3可從沸石的微孔中逸出。再生5個(gè)周期的改性沸石對氨氮的處理效率，其下降值不到5%。
5 處理含重金屬廢水
改性沸石對某些重金屬陽(yáng)離子具有較高的交換能力，可以有效去除這些重金屬離子并回收利用。
霍愛(ài)群等研究結果表明，沸石經(jīng)高溫改性后可以發(fā)生固相反應，生成部分具有較高過(guò)剩自由能的非化學(xué)計量無(wú)機鹽。改性沸石脫鉛吸附反應活性位是在非化學(xué)計量無(wú)機鹽缺陷基礎上形成的表面羥基。改性沸石鉛飽和吸附量為6.10mg·g-1，其靜態(tài)吸附行為是化學(xué)吸附。謝曉鳳等用十六烷基三甲基溴化銨改性沸石，并研究了制備有機沸石的適宜條件及改性沸石吸附重鉻酸根陰離子的影響因素。結果表明，在25℃、pH=6、改性沸石投加量25 g·L-1條件下，重鉻酸根陰離子的去除率達到98%。Panayotova系統研究了保加利亞天然沸石與改性沸石除去水中Ni2+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Pb2+的影響因素。他采用經(jīng)NaOH、NaCl、CH3COONa改性的沸石進(jìn)行了除Ni2+實(shí)驗，結果顯示，經(jīng)NaCl和CH3COONa改性的沸石除Ni2+離子的量比天然沸石高25-30%。使用過(guò)的改性沸石可通過(guò)浸入20%NaCl溶液恢復。廢水中Ca2+、Mg2+離子的存在對Cu2+離子的吸收影響較小。Wingenfelder等發(fā)現經(jīng)HDTMA改性的沸石，對溶液中銻的吸收量達到42%。
6 廢氣與室內污染氣體凈化
沸石對極性分子如NH3、SO2、CO2等有很高的親和力，即使在低相對濕度、低濃度、較高溫度條件下仍能有效吸附，天然沸石是一種性能穩定效果良好的吸附劑，可用于廢氣處理和空氣凈化。采用天然沸石薄膜吸附揮發(fā)性有機污染物（VOC）曾見(jiàn)報道，但天然沸石對非極性氣體的吸附作用較差。近年來(lái)采用有機改性沸石作為吸附劑，去除乙醛、甲醛等非極性氣體污染物逐漸成為研究熱點(diǎn)。
（1）脫除SO2
陳實(shí)等利用天然沸石材料具有動(dòng)態(tài)吸附性的特點(diǎn)，通過(guò)Fe3+改性研制出高效、廉價(jià)且再生性能優(yōu)異的新型二氧化硫脫除催化劑。另外，有研究表明在400℃活化的沸石對SO2的吸附量最大。Soon-ho等在專(zhuān)利中指出，采用銀離子交換法制備的載銀沸石，脫硫性能優(yōu)異。
（2）凈化室內有害氣體
李懷江等研究了有機改性沸石對甲醛的吸附規律。結果表明，表面活性劑基團極性對改性沸石吸附甲醛有一定的影響。改性沸石對甲醛的吸附量隨負載HDTMA量的增長(cháng)而增加。范樹(shù)景等研究也表明天然沸石對甲醛有一定的吸附作用，但吸附量很小。經(jīng)過(guò)有機改性的沸石對甲醛的吸附量增加，隨著(zhù)有機改性劑的加入量在一定范圍內增加，改性沸石對甲醛的吸附量也相應增加。經(jīng)過(guò)鹽酸和氫氧化鈉改性的沸石對甲醛和水的共吸附與對水的吸附?jīng)]有明顯差別。丁浩等研究了熱處理改性天然沸石對H2S 和NH3氣體的吸附去除功能，在一定的氣體濃度條件下，吸附時(shí)間10min，改性沸石對兩氣體的去除率分別達99.00%和95.20%，因而認為，熱處理改性沸石可作為快速去除冰箱內異味的除臭劑產(chǎn)品加以使用。
（3）作為抗菌材料的應用
以沸石為載體，通過(guò)離子交換引入上述金屬離子制取的沸石抗菌劑，是其中的重要類(lèi)型之一。沸石抗菌劑廣泛應用于紡織、涂料等行業(yè)中。
肖士民等用熔鹽離子交換法制備出抗菌鋅型沸石，實(shí)驗證明改性沸石對大腸桿菌、嗜熱脂肪孢芽桿菌有殺滅能力。彭美勛探索出制取無(wú)機離子Ag+、Cu2+、Zn2+抗菌劑的最佳制取條件，及相應抗菌乳膠漆的制造工藝，測試了鋅抗菌劑對大腸桿菌的最低抑菌濃度及銅鋅抗菌乳膠漆24h內殺滅大腸桿菌的抗菌劑最低添加量。
李釅研究了沸石抗菌涂料的特性，對抗菌活性組份起到很好的固定作用。在涂料使用期限內，抗菌沸石緩慢釋放活性組份，可有效殺滅細菌而不致很快流失，提高了抗菌劑的使用效果。沸石的離子交換作用，使涂料中過(guò)渡金屬離子以多種價(jià)態(tài)或多種化學(xué)環(huán)境存在，形成活性不同和殺菌機理各異的活性物質(zhì)。例如，Zn在一般抗菌涂料中僅以ZnO形式存在，而在沸石涂料中可以以Zn2+、ZnO等形式存在，使抗菌范圍變寬。丁浩等利用沸石的離子交換性，并采用熱處理固定技術(shù)，制備了分別載帶金屬離子Ag+和Zn2+的無(wú)機抗菌劑，
(廈門(mén)非金屬礦加工與應用技術(shù)交流會(huì ),發(fā)表于中國粉體技術(shù)雜志）
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