改性沸石在水处理中的应用

山东化工　・５４・　ＳＨＡＮＤ０ＮＧ　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＩＲＹ　２０１４年第４３卷　改性沸石在水处理中的应用　翁　晴　（福建工程学院生态环境与城市建设学院，福建福州３５０１１８）　摘要：介绍了沸石改性的方法，及其在水处理中的应用，并展望了改性沸石在未来水处理领域的应用前景。　关键词：改性沸石；水处理；吸附　中图分类号：Ｘ７０３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００８—０２１Ｘ（２０１４）０１—００５４－０２　Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｏｄｉｆｙ　Ｚｅｏｌｉｔｅ　ｉｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ＷＥＮＧ　Ｑｉｎｇ　（ＣｏＵｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｕｒｂａｎ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｆｕｚｈｏｕ　３５０１　１８，ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｎａｔｕｒａｌ　ｚｅｏｌｉｔｅ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，　ａｎｄ　ｌｏｏｋｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｏ　ｔｈｅｉｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆ　ｍｏｄｉｉｆｅｄ　ｚｅｏｌｉｔｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｏｄｉｉｆｅｄ　ｚｅｏｌｉｔｅ；ｗａｓｔｃｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　沸石是自然界中存量丰富的一种含水的碱金属或碱土　（３）内孔结构改性，天然沸石是由硅氧（ＳｉＯ　）四面体和　金属的硅铝酸盐矿物，其结构具有特殊的四面体，是由硅氧　铝氧（Ａ１０　）四面体通过处于顶点的氧原子互相联结而成，　四面体和铝氧四面体连成的三维格架构建而成，格架中分布　这种特殊的结构使沸石带有负电荷，为了保持中性，必须要　大量大小不同的空穴和通道，具有很大的开放性，因此具有　有带正电荷的离子来抵消，因此沸石易于和外界的质子、碱　较大的比表面积和较高的离子交换能力，可用于净化或分离　金属和碱土金属离子等发生电荷平衡，如Ｎａ　、ｃａ　、Ｋ　、　混合成分的物质，如用于气体分离、石油净化、处理工业水污　Ｂａ２　等。而沸石和外界的离子交换，并不影响其内部骨架结　染等。但是，由于天然沸石独特的三维格架结构特征，导致　构。沸石和外界阳离子之间的相互影响就赋予了沸石新的　处于结构外部的阳离子易水解，极大地降低天然沸石吸附能　离子交换能力。　力，故天然沸石对污染物的吸附量不大，因此沸石直接用于　２改性沸石在水处理中的应用　去除水中污染物受到限制。　２．１　改性沸石去除染料　对天然沸石进行改性，增大沸石的内部空间，增大其比　印染废水中ＣＯＤ含量高，色度高，成分复杂，且染料是　表面积及表面活性，增加离子交换能力及单位质量吸附的吸　一类结构稳定的有机化合物，多数是芳香化合物，难降解，在　附量等，从而提高其对有机物、氨氮、重金属离子、含氧酸阴　环境中存在较长的滞留期，因此，成为废水处理的一个难点。　离子等吸附能力。改性后的沸石由于其优良的吸附能力，使　金晓英，吴索丽等…采用十六烷基三甲基溴化铵　改性沸石用于处理成分复杂的废水成为可能。　（ＨＤＴＭＡ）对天然沸石进行改性。在温度３５ｑＣ条件下，随着　１　沸石改性的方法　吸附时间的增加，吸附量增大，当吸附时间为１ｈ，吸附量达　沸石改性的方法，可以概括为以下三种类型：　到最大值４２．００ｍｇ／ｇ。随着溶液初始浓度的增大，吸附量增　（１）结构改性，即通过改变沸石的成分比，从而达到改　大，当酸性橙Ⅱ的初始浓度为２５０ｍｇ／Ｌ时，吸附量达到最大　变沸石结构的目的，如使用酸处理或碱处理沸石，使其骨架　５３．７８　ｍｇ／ｇ。溶液中加入ＮａＮＯ，后，会促进吸附的进行，且　脱铝。沸石经过此类处理改性后，可处理掉孔道中的堆积　随着离子强度的增大，促进作用越明显，吸附达到平衡所需　物，使孔道的有效空间拓宽，增大比表面积，增加吸附活性中　要的时间越短，但是当离子强度达到一定程度时，这种促进　心，可大幅提高改性沸石的吸附能力。　作用不再加强。改性沸石吸附酸性橙Ⅱ的过程符合伪二级　（２）沸石表面改性，通过加入不能进入沸石内部孔道的　动力学，说明该吸附过程以物理吸附为主。吸附等温线方程　大分子有机阳离子，在沸石表面形成了类似胶束的表面层，　符合Ｆｒｅｕｎｄｌｉｅｈ方程。热力学研究表明，温度３５℃是　从而达到改性目的。由于表面活性剂硅烷活性很高，他们能　ＨＤＴＭＡ改性沸石吸附酸性橙Ⅱ的最适温度。粟印环，张秀　与沸石表面的羟基发生反应，并连接到沸石的表面，形成了　兰，王逸炳等　采用十六烷基三甲基溴化铵和十二烷基硫酸　具有稳定结构的硅氧层，因此通过此方法改性后的沸石具有　钠复合改性沸石对初始浓度为２００ｍｇ／Ｌ的酸性靛蓝进行吸　多种不同类型离子的处理能力，吸附量也大为提高，引起了　附实验。实验结果表明，改性沸石吸附２００ｍｇ／Ｌ酸性靛蓝　广泛的重视和研究。　的条件是：改性沸石的投入量为０．３ｇ，吸附平衡时间为　收稿日期：２０１３—１１—０５　作者简介：翁晴（１９８１一），女，福建永泰人，硕士，实验师，主要从事环境化学工作。　第１期　翁晴：改性沸石在水处理中的应用　到了去除水中六价铬的目的。　・５５・　６０ｍｉｎ，此时吸附率已经达到９９．８５％，吸附量达到６６．５６ｍｇ／　ｇ。改性沸石上吸附酸性靛蓝的吸附等温线符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ　周明达，张晖，邵凯等　将天然沸石、硫酸铝、硫酸镁按　４．０：１．４：１．０（质量比）混合均匀，制备改性沸石吸附含磷废　水。实验结果表明，沸石粒度减少，与水样的接触面积越大，　吸附量增大，搅拌也有利于吸附。ｐＨ值为１２时，达到最大　吸附量８ｍｇ／ｇ。溶液磷质量浓度小于６０ｍ　ｇ／Ｌ时，吸附量随　浓度的增大而迅速增加；磷质量浓度６０　ｍｇ／Ｌ以上时，吸附　量增加缓慢。溶液的温度对磷的吸附量有明显影响，温度越　方程，说明该吸附过程为单分子层吸附，并且可用准二级吸　附速率方程较准确的描述该吸附行为。　２．２改性沸石去除氨氮　当水体中氨氮含量高时，会抑制水体的自然硝化，导致　水体富营养化，藻类过度繁殖，水中的溶解氧大量消耗，对鱼　类等水生动物生存造成一定毒害，降低水体自净能力，从而　破坏水生态平衡。因此，有效控制水体中氨氮的含量成为水　高，吸附量越小。改性沸石吸附量的效果与其和含磷废水的　处理的关键之一。　接触时间关系很大，开始时吸附量随时间的增加而增加，１００　目前，国内外工作者对用天然沸石除氨氮已作了较多的　ｍｉｎ后，吸附效果增大已不明显，吸附趋于平衡。　研究。孙同喜，郑萌璐，蒋轶锋等　采用ＮａＣ１溶液对天然沸　３结束语　石进行改性，对比了ＮａＣ１浓度、温度及沸石用量等因素对氨　改性沸石作为一种新兴材料用于水处理中，其制备工艺　氮吸附性能的影响。结果表明，在ＮａＣ１溶液为６％、温度　简单，具有较高的化学和生物稳定性，可用于去除水中染料、　为３０３　Ｋ、天然沸石用量为１５　ｇ的最佳条件下，改性沸石对　氨氮及重金属离子等。且改性沸石容易再生，可重复利用。　氨氮的吸附效果最佳，改性沸石对氨氮的去除率达到　但是，目前该研究多数还停留在处理水溶液，对实际废水中　９５．２７％。通过扫描电子显微镜（ＳＥＭ）和比表面积（ＢＥＴ）　污染物的吸附处理研究还较少。另外，由于改性沸石专一性　分析可知，改性后的沸石相较于天然沸石，其表面更粗糙，平　较差，可同时吸附水中有机物和其他离子，很容易达到吸附　均吸附孔径变小，总孔容、比表面积均增大，使表面的吸附点　’　平衡，导致吸附量不高。因此，研制选择性能优良的改性沸　位增大，更有利于吸附的进行。改性沸石对氨氮的吸附过程　石吸附材料，是将来的研究重点，是治理环境污染的可行方　用Ｌ　ａｎｇｍｕｉｒ、Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ两种吸附等温方程拟合均较好，这　法之一。随着改性沸石研究的深入，将会开发出价廉物美的　说明，该吸附过程符合单分子吸附模型。其吸附动力学较好　新产品，使廉价的沸石在水处理领域发挥积极的作用。　地符合准二级反应动力学方程，也表明颗粒内扩散是改性沸　参考文献　石吸附氨氮的限制性因素。　［１］金晓英，吴索丽，王清萍，等．ＨＤＴＭＡ改性沸石吸附酸性　２．３　改性沸石去除重金属离子　橙Ⅱ的实验研究［Ｊ］．矿冶，２００９，１８（４）：７６—７９．　改性沸石具有良好的离子交换性能，常用于综合治理污　［２］粟印环，张秀兰，王逸炳，等．有机改性沸石对废水中酸　染水源，它能同时去除水中的重金属离子、浑浊溶液、油类物　性靛蓝的吸附研究［Ｊ］．矿产综合利用，２０１２，１７３（１）：　质等。　４６—４９．　杨慧芬，张伟娜，胡瑞娟　以十六烷基三甲基溴化铵改　［３］孙同喜，郑萌璐，蒋轶锋，等．ＮａＣ１改性沸石对氨氮吸附　性沸石为吸附材料，研究了其对废水中六价铬的吸附去除效　性能的研究［Ｊ］．环境污染与防治，２０１０，３２（１Ｏ）：４６—　果。吸附结果表明，改性沸石的粒径越小，对废水中六价铬　５０．　的吸附去除效果越好，当改性沸石的用量为３０ｇ／Ｌ时，吸附　［４］杨慧芬，张伟娜，胡瑞娟．十六烷基三甲基溴化铵改性沸　时间控制在３０ｍｉｎ，对废水中六价铬的吸附去除率达到９０％　石对水中Ｃｒ（Ⅵ）的吸附去除率［Ｊ］．硅酸盐学报，　以上，适合去除ｐＨ值在１—８范围内溶液中的六价铬。该吸　２０１０，３８（１１）：２１４３—２１４７．　附过程可以用Ｌ　ａｎｇｍｕｉｒ吸附等温方程拟合来描述，其１００ｇ　［５］周明达，张晖，邵凯，等．改性沸石处理含磷废水的　改性沸石对水中六价铬的饱和吸附量达到２６．５３ｍｇ。通过　实验研究［Ｊ］．环境污染与防治，２００５，２７（２）：１３７—　对比分析改性沸石前后的ｘ射线衍射谱图和红外谱图，说　１３８．　明了十六烷基三甲基溴化铵分子主要吸附在沸石的表面，进　入沸石的内部比较少，通过反应，溶液中六价铬吸附到沸石　（本文文献格式：翁晴．改性沸石在水处理中的应用［Ｊ］　的表面，而沸石表面吸附的溴离子则进入到溶液中，从而达　山东化工。２０１４，４３（１）：５４—５５．）　・企业动态・　鲁西集团被济南海关评为“Ａ类管理企业＂　多年来，鲁西集团销售有限公司在尿素出口工作方面，主动配合海关的管理，及时办理各项通关报关手续，向海关提供真　实、齐全、有效的单据和证件，长期合法经营，得到了聊城海关和济南海关的充分了解、高度评价和认可。因此，在２０１４年被济　南海关评为“Ａ类管理企业”。　被评为“Ａ类管理企业”后，销售公司在出口各种肥料的业务办理中可以享受海关各种优惠政策和便利条件，降低货物的　查验率，货物属地报关属地放行，货物无运抵报告的条件下，可以提前办理通关手续等等，因此，极大地提高了出口报关的工　作效率，以及鲁西集团在聊城海关的知名度和诚信度。