沸石在水处理中的应用

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・ 收 祷 日期 0 0 7 0 2 0 一O — B 作 者倚弁 : 高慢敏(9 2 ) 女, 1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ7 - . 四川省雅安人 . 硕士生 , 主要从事水污染防浩工作
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形成氢键 , 因此, 沸石有强烈的吸水性 , 可做干燥剂。此外 , 沸石还有耐酸、 耐碱 、 热稳定等性能 。
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重 庆 建 筑 大 学 学 报
第 2 卷 3
正越 来越受到 人 们的关 注
天然沸 石本身 除氟 的能力甚 低 , 只靠沸石本 身含 有 Al 附作用 。所 以 , 它 ”吸 在用天 然 沸石除 氟
前须 先对其进 行活 化处理 。 天然 沸石 经一 系列物理 化学方 法 预处理 活化后 , 氟离子具 有 高选择交 对
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20 0 1年 2月
第 2 卷 第 1 3 期
J u n l fCh n qn  ̄n h mv ri o r a o o g igJ z uU est y
重 庆 建 筑 大 学 学 报
Vo. 3 N . 12 o 1
Fe .2 0 b 01
1 沸 石 的结构 及其 化学 物 理 特性
沸 石是一 种含水 架状结构 的多孔 硅铝酸盐 矿物质 , 沸石族矿物 的 总称 。 是 它包括三 十多 种含沸
石水的钙 、 以及钡 、 的铝硅酸 盐矿物 。常见 的主要 矿物 有钠沸石 、 沸石 、 沸石 、 钠 钾 钙 方 束沸石 、 浊沸
石、 毛沸 石 、 斜发 沸石 、 丝光沸石 等 , 们含水量 的多少 随外界 温度和湿 度 的变 化 而变化 。其化学通 它
的最基 本结构 是硅氧 (i 四面体 和铝氧 ( I 四面体 。在 这种 四面体 中 , SO ) AO ) 中心是 硅 ( 或铝 ) 原子 , 每 个 硅 ( 铝 ) 子的 周围有 4个 氧原子 , 或 原 各个 硅氧 四面体通 过 处于 四面体 顶 点 的氧 原子 互相连 接 起来 , 成所谓 的 巨大分 子 。其 中在铝 氧四 面体中 由于一个氧 原子 的价 电子 没有 得到 中和 , 形 使得 整 个 铝氧 四面体 带 有一 负 电荷 , 为保持 电 中性 . 附近必 须有一个 带正 电荷 的金 属 阳 离子 ( ) M一 来抵 消 ( 常是 碱金属 或碱 土金 属离子 )这些 阳离 子和 铝硅 酸盐结 合相 当弱 , 通 , 具有 很大 的流 动性 , 极易和 周 围水溶 液中的 阳离子发 生交换 作用 , 交换 后 的沸 石结构 不被破坏 石的这 种结构 决定 了它具 有 沸
2 沸石在水处理 中的应用
2 1 沸 石去除 有机 污染物 .
有机污 染物是 污染水源 中的一 类主 要污染物 沸 石对 有机污染 物 的吸附能 力主要 取 决于有 机 物分 子 的极 性 和大小 , 性分 子较 非极性 分子 易被 吸附 , 极 随着分 子直径 的增大 , 吸附进 入 孔穴 的 被 机会就 逐渐 减小 含有极性基 团如 -OH、 >c—O、 N 或 含有 可极化基 团如>c一< , 一等 - Hz CHs 的有机物 分子 能与沸 石表面发 生强 烈吸 附作用 。二氯 甲烷 、 三氯 甲烷 、 三氯 乙烷 、 四氯 乙烷 、 三溴 甲 烷都属 于沸 石易吸 附物质之列 四氯 化碳 分子虽 整个分 子为非 极性 , 但其 直径 为 0 6 ~ 06 m, .8 9n 可进入 沸石孔 穴内 。而天然水 中的氯 仿前 驱物质腐 殖酸或 富里酸虽是带 有芳 香族 环基本 结构 的高 分子有机 酸 , 因这类分 子往 往带 有 -C O >c—o、 NH 等强极 性官能 团 而有 可能 被沸 石的 但 O H、 - 。 外表 面吸附 , 以部分 去除 。其 它一些 常见 的有机 污染物 如 酚类 、 得 苯胺 、 苯醌 、 氨基酸 等 , 多有极 性 , 分子 直径 适 中 , 可望被 沸石吸 附 。 何杰等 考察 了天 然沸石对 自来水中致色 有机 物 以及 水 中优先 控制 污染物苯 酚和 苯胺 的去 除效果 , 现将 沸石 与活性炭 配台 使用 , 发 可弥补活性 炭对 极性 较大 的有 机小 分子吸 附能力差 的缺点 , 自来水 中致 色有机 物基 本去除 , 将 且对 苯酚 、 苯胺 的去 除效 果均较 好 。 目 前正在 研制 使用 的分子筛 膜 ( 或沸 石膜 ) 理饮 用水 中 的污染 物时 , 处 不但 可 以去除 水 中的消 毒副 产 物的前 驱物 , 可以去 除三 卤 甲烷 类 的消 毒 副产 物 , 还 且分 子 筛膜 的通 留和 截 留特性 优 于 纳滤 聚 脂
离子交换性和交换的选择性 , 而骨架 S 4被 A0 i4 O - 1。同晶交换产生的剩余 电荷使其具有催化性能。
沸 石具 有空 旷 的骨 架结构 , 晶穴体积 约 为总体 积的 4 ~5 , 特 的晶体 结 构 使其 具 有大 0 O 独 量均 匀 的微 孔 , 孔径 大 多在 1I 下 。其均 匀 的微 孔与一 般物 质 的分子 大小 相 当 , i m 由此 形成 了分 子筛 的选 择吸 附特性 , 沸石孔径 的大 小决定可 进入其 晶穴 内部的分 子 大小 , 即 只有 此沸石孔 径小 的 分 子 或离 子 才能 进 入L。与其 它 多 孔物 质相 比 , 石具 有 很 大 的 比表 面 积 (0  ̄80I:g沸 2 ] 沸 4 0 0 a r/ 石)仅 次于 活性炭 。 , 与活性炭 不 同的是活性 炭的 吸附力完全 是色 散力 , 沸石 的强 吸附力 是色散力 而 和静 电力 的加 和产 生。 沸石 不仅 色散 力很大 , 还有较大 的静 电力 , 是 因为孔穴 中含有阳离子 , 架 这 骨 氧 含有 负 电荷 , 这样 , 在阳离子 的周 围形 成强 大的 电场 , 正是 由于这 种静 电力 的关 系 , 使得 沸石对极 性、 不饱和 及 易极化分 子具有优 先的选 择 吸附作用 。如 水分子 是极性 最强 的分 子 , 它能与硅 铝格架
I 作 提 出 7一 些 建 议 。
关键词 : 天然沸石 ;吸 附 } 处理 ; 用 水 应
中图分类 号 :6 2 + P 1.: 7 9 1
文献 标识码 : A
沸石是 一种天 然 而价廉 的多孔 矿物 质 , 用作 催化 剂 、 燥剂 、 可 干 水质 软 化 剂、 附剂 、 子交换 吸 离 剂等 。 工业 上常用 作分子 筛 , 用来 净化气体 、 油及废 水处理 , 石 海水提 钾 、 化 、 水软化 等 。 内外 淡 硬 国 对 沸石 的晶体结构 、 学物理 特性等材 料学 方面 的研究较 多 , 化 尤其 是高 硅沸石 作为分 子筛 催化剂在 催 化领域 的研究应 用较 多 , 在水处理 中的应 用研 究相对较少 。本 文就 沸石的结构 特性 , 但 在水处 理 中的应用情 况和应 用前景 等作简 单的介 绍 。
文章 编号 :。6 3 920 ) 1 ¨4 4 10—7 2 (0 1。 —0 一o
沸石在水处理 中的应 用
高俊 敏 , 郑 泽 根 , 王 琰 , 豆 俊 峰
( 重庆大学 B区 应用 科学与技术系 . 重庆 40 4 ) 0 0 5
摘要 : 绍 了天然 沸石 的结构 特 - 在水 处理 中的应 用情况及 应 用前景 , 介 I, " 1 并对 今 后 的研 究
换性 能 , 吸氟后 的沸石可 用解 吸剂 再 生 , 复使用 。沸石 除氟 机理 如 下 : 反 J 活化处理 后 的沸石形 态为 : R—K ・ ( H)O AIO S 沸石交换 吸 附反应 为 :
R—K ・ ( H) O +2 AIO S F+x 吸附沸石解 吸再 生反 应式为 :
即是 利用沸 石对 阳离 子 的选 择性交 换能力 以及 可以再 生的特性 。 国内外文 献报道 , 据 由于各种 阳离
子 的水 台半 径 的差异 , 发 沸石对 NH. 斜 具有 较 强 的选 择 吸 附能 力 , 阳离子 交换 顺 序 为 :s > 其 c R+ b >K >NH >S“=R >C >Na >F ”>A1 r a a e ”>Mg ”>L 。 i 从顺 序来 看 , 天然斜 发沸 石对 铵离 子具 有较 强的选 择 吸 附能力 , 主要是 N 的离 子半径 为 2 8 ^ , 容 易进 入 4o A 这 H .6 较 .o 的斜发 沸石 的孔 道 的缘 故 。 因此 , 在上述 各 种阳离 子共存 的溶液 中 , c 、 b K 外 , 先吸 附 的 除 s R 、 优 是 NH+ 。目前 , 国内外工作 者对 用天然沸 石除氪 氮 已作了较 多的研 究 ]并 对它在 污 水处理 中 的 , 应用 条件 , 再生工 艺等进 行 了生产性试 验 , 成 了一定 生产规模 的处理 厂 。 建 例如 , 国 明尼苏达 州 的 美 R smet 水厂 , oe n 污 处理 水 量为 26 / , 将原 水 进 行一 定 的前 处理 后 用斜 发 沸 石进 行 离 子 交 20m。a 先 换, 处理 后的水氯 氮 去除率达 到 9 以上 。 日本也 将斜 发 沸石用 于从工 厂废 水 、 鱼池 水 中除 氮 。 5 养 我国对斜 发沸 石除氮 尚处 于研 究阶段 , 未建 成生 产规模 的处理 厂 海石油化工 总厂 环 保所沸 石 还 上 小组 将腈 纶厂污水和 污水 厂 的混 合废水 经实验 室 砂滤后 , 为原 水用沸 石进行处 理 , 现 晴纶厂 污 作 发 水氪 氮去 除率大于 8 , 污水厂 混合废 水氨氮 去除 率达 9 。 8 而 4 对斜发 沸石的离 子交换 过程 影响较大 的 因素主 要有 :H 值 、 换温度 、 p 交 水力 负荷率 、 沸石粒径 、
污水组成和交换床高度等。此外, 沸石的预处理对沸石离子交换性能有较大的影响。因此 , 在利用
斜发 沸石 除氨氮时 , 要通 过试验 确定斜发 沸石 除氨 氮的最佳工 艺条 件 。 需 23 沸 石降 氟 . 高氟 水在 我 国分布 非常 广泛 , 人体危 害甚 大 。 方饮水 型氟 中毒即是 由于长 期饮 用高 氟水而 对 地 引起的一 种慢性 病 。因此改善 水质 , 饮用适 宜含 氟水是 预防地方 性氟病 发 生的根本 措施 。 目前 , 降 氟方法很 多 , 均存在一 定 的弊端 , 但 在实际 中难 以推广 使用 。而 一种 新型 的降氟材料 —— 活化 沸石