摘要：綜述了天然沸石的改性方法及其在廢水處理中的應(yīng)用，指出研究中存在的問(wèn)題，并展望了改性沸石在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
沸石是具有四面體骨架結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽晶體，有較大的表面積，因而有較高的離子交換和吸附能力。但是，天然沸石表面硅氧結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的親水性，且結(jié)構(gòu)外部陽(yáng)離子易水解，導(dǎo)致天然沸石吸附有機(jī)物的性能很差，并且硅鋁結(jié)構(gòu)本身帶負(fù)電荷，故天然沸石難以去除水中的陰離子污染物。因此，對(duì)天然沸石進(jìn)行改性，提高其對(duì)有機(jī)物和陰離子的吸附能力，能夠使天然沸石更為廣泛地應(yīng)用于水處理領(lǐng)域。
1 沸石改性及應(yīng)用
天然沸石經(jīng)過(guò)改性，可以明顯提高其孔隙率及表面活性，提高吸附性能、離子交換性能及交換量等，從而提高其使用價(jià)值。改性沸石包括范圍很廣，從經(jīng)簡(jiǎn)單的離子交換處理直到結(jié)構(gòu)完全崩塌而得到的產(chǎn)品都屬改性沸石范圍。
沸石改性技術(shù)有兩種類型：一類是對(duì)沸石骨架元素的改性，另一類是對(duì)非骨架元素的改性。對(duì)骨架元素的改性包括酸堿處理改性等，對(duì)非骨架元素的改性包括離子交換改性、沸石內(nèi)配位化學(xué)、表面活性劑改性等。本文只對(duì)常用改性方法做簡(jiǎn)單介紹。
1.1 酸堿處理改性
酸改性，即用無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸處理分子篩，使其骨架脫鋁，可使用的酸有鹽酸、硫酸、硝酸、甲酸、乙酸、乙二胺四乙酸等。根據(jù)分子篩耐酸性的差異，采用不同濃度的酸進(jìn)行骨架脫鋁。沸石經(jīng)酸處理改性后，可部分脫除分子篩骨架鋁以及去除孔道中的堆積物種，增加分子篩硅鋁比及比表面積，大幅度提高其疏水性，可提高分子篩的吸附性能。與沸石的酸處理脫鋁一樣，沸石的堿處理也是一種沸石改性的方法，但與酸處理不同的是，沸石的堿溶液處理可以選擇性地脫除沸石中的硅，降低沸石的硅鋁比，改變與沸石硅鋁比相關(guān)的性能。
有人研究了13X沸石分子篩對(duì)飲用水中低濃度NH3-N的吸附性能，包括影響吸附的主要因素、沸石對(duì)NH3-N的吸附效果、沸石的再生效果及沸石對(duì)NH3-N的吸附機(jī)理。實(shí)驗(yàn)表明，用NaOH處理的沸石比未處理的沸石對(duì)NH3-N的吸附效果要好。在pH值為6.5~7.5，吸附時(shí)間為20min吸附溫度為20℃~80℃條件下，沸石對(duì)NH3-N的吸附率接近100%，吸附量可達(dá)16.32mg/g。
1.2 離子交換
廣義地講，離子交換包括沸石骨架內(nèi)的陽(yáng)離子的交換和骨架外的補(bǔ)償陽(yáng)離子的交換。骨架內(nèi)陽(yáng)離子的交換既可以在合成的過(guò)程中也可以在合成后進(jìn)行，前者通過(guò)沸石合成的一般方法就可以實(shí)現(xiàn)，而后者則要通過(guò)特殊的取代反應(yīng)。通常所說(shuō)的離子交換是指后者，即補(bǔ)償陽(yáng)離子的交換。沸石骨架外的補(bǔ)償離子一般是質(zhì)子和堿金屬或堿土金屬離子。它們很容易在金屬鹽的水溶液中被離子交換制成各種價(jià)態(tài)的其他金屬離子型沸石。通過(guò)用不同大小的陽(yáng)離子交換天然沸石內(nèi)原有的陽(yáng)離子，改變陽(yáng)離子的數(shù)目或在天然沸石的孔口附近交換上新的陽(yáng)離子等方法可以改變天然沸石孔道的尺寸。被交換進(jìn)沸石的離子也受到沸石內(nèi)強(qiáng)局部靜電場(chǎng)環(huán)境的影響，使離子的化學(xué)行為發(fā)生改變。沸石和陽(yáng)離子之間的相互影響和相互作用將賦予沸石新的吸附性能。
1.3 沸石內(nèi)配位化學(xué)
沸石分子篩是一類具有不同形狀分子級(jí)孔道和孔洞，性能良好的無(wú)機(jī)材料，許多人企圖在其上固載化一些已知的均相催化劑，于是有關(guān)這方面的研究工作受到越來(lái)越多的注意，逐漸形成了一種新的沸石改性技術(shù)。
沸石可以被看成是一種“配體”，把它的配位場(chǎng)施加在過(guò)渡金屬離子上，且每一種沸石可以被認(rèn)為是一種不同的配體，其性質(zhì)隨孔道內(nèi)陽(yáng)離子的數(shù)量和位置而變化。沸石也可看成是一種固體溶劑，一些配合物的分子便能被相對(duì)穩(wěn)定地鑲嵌在沸石分子篩孔道內(nèi)。
1.4 沸石表面活性劑改性
有人等發(fā)現(xiàn)，用表面活性劑改性的沸石，特別是用陽(yáng)離子表面活性劑改性的沸石，在保持原來(lái)去除重金屬離子、銨離子和其他無(wú)機(jī)物能力的同時(shí)，還可有效地去除水中的含氧酸陰離子，并大大提高了其去除有機(jī)物的能力。常用的陽(yáng)離子表面活性劑一般為長(zhǎng)鏈烷基胺的鹽和季銨鹽。陽(yáng)離子表面活性劑因親水基帝正電荷，表現(xiàn)出一些特殊的性能，即界面吸附的特殊性。在水溶液中易與帶負(fù)電荷的固體形成強(qiáng)烈的相互作用，形成較緊密的單分子吸附層。當(dāng)陽(yáng)離子表面活性劑的濃度較大時(shí)，可進(jìn)一步形成二層分子吸附。用表面活性劑改性的沸石具有對(duì)多種不同類型離子的處理能力，使改性沸石處理成分復(fù)雜的廢水成為可能。
2 沸石的再生方法
改性沸石常用的再生方法：一是酸堿洗脫。吸附了廢水中重金屬離子的改性沸石，可用90℃的 飽和氯化鈉溶液解吸已吸附重金屬離子的分子篩，使改性沸石再生；也可用鹽酸濃縮回收其吸附的重金屬離子，再用堿液再生改性沸石。吸附了廢水中的含氧酸陰離子的改性沸石可用酸或鹽溶液洗脫再生。二是高溫培燒。三是蒸汽吹脫。處理廢水中有機(jī)物的改性沸石，可通過(guò)灼燒，再用情性氣體的反向吹掃等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)再生。
3 研究中存在的問(wèn)題
目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)改性沸石處理廢水的研究絕大多數(shù)還僅局限于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，且大多是用來(lái)處理水溶液，對(duì)于實(shí)際廢水中污染物的吸附處理研究較少。而實(shí)際污染度水來(lái)源不同，成分復(fù)雜，需根據(jù)具體情況確定合理的改性方法和再生方法，這將是改性沸石研究需要解決的大問(wèn)題。
4 結(jié)語(yǔ)
沸石是一種具有優(yōu)良的離子交換、催化和吸附性能的孔道結(jié)構(gòu)材料，天然、無(wú)毒、無(wú)味，且對(duì)環(huán)境沒(méi)有影響，在污水處理中有著巨大的應(yīng)用潛力。首先，沸石制備方法簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用；其次，沸石具有綜合治理廢水水源的功能；第三，沸石容易再生；第四，沸石無(wú)毒、無(wú)害耐磨耐蝕，廉價(jià)易得，且有越用越好的趨勢(shì)。由于沸石對(duì)氨氨特殊的去除效果及吸附有機(jī)物分子的能力，可用于微污染原水的處理。我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)沸石在污水處理方面的應(yīng)用研究，使其在環(huán)保行業(yè)發(fā)揮更大的作用，達(dá)到以廢治廢的目的。
