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天然斜发沸石吸附铅(Pb^2+)机理

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第４９卷第６期　２０１５年６月　浙　江　大　学　学　报（工学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　Ｖｏ１．４９　Ｎｏ．６　Ｊｕｎ．２０１５　

ＤＯＩ：１０．３７８５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８—９７３Ｘ．２０１５．０６．０２４　

天然斜发沸石吸附铅（Ｐｂ２＋）机理　

邵卫云，易文涛，周永潮，张　萍　

（浙江大学建筑工程学院浙江省饮用水安全与输配技术重点实验室，浙江杭州３１００５８）　

摘　要：为了探讨沸石对Ｐｂ。　的吸附过程以及不同阶段的主导吸附机制，设计铅离子脱附实验．将沸石分别置于　高质量浓度和低质量浓度的铅溶液中，并将不同吸附程度的沸石取样后进行ＮａＣ１和ＨＮＯ。脱附实验．实验发现：　天然斜发沸石对Ｐｂ。　的吸附机理主要包括离子交换和物理吸附，其中物理吸附占主导作用．离子交换主要发生在　沸石外表面，在短时间内达到平衡，其交换量几乎不受铅溶液初始质量浓度的影响，并且低质量浓度铅溶液中的离子　交换所占百分比更高．在低质量浓度的铅溶液中，物理吸附主要发生在沸石外表面，达到平衡所需时间较短；在高质　量浓度铅溶液中，物理吸附达到平衡所需时间较长，所占百分比更高．此外，部分铅离子与沸石结合比较紧密，无法脱　附出来．　关键词：铅；天然斜发沸石；吸附机理；离子交换；物理吸附；脱附　中图分类号：Ｘ　７０３．５　文献标志码：Ａ　文章编号：１００８—９７３Ｘ（２Ｏ１５）０６—１１７３—０６　

Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｌｅａｄ（Ｐｂ２＋）ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｏｎ　ｎａｔｕｒａｌ　ｃｌｉｎｏｐｔｉｌｏｌｉｔｅ　

ＳＨＡＯ　Ｗｅｉ—ｙｕｎ，ＹＩ　Ｗｅｎ—ｔａｏ，ＺＨＯＵ　Ｙｏｎｇ—ｃｈａｏ，ＺＨＡＮＧ　Ｐｉｎｇ　

（Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｄｒｉｎｋｉｎｇ　Ｗａｔｅｒ　Ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１００５８，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｏｆ　ｌｅａｄ（Ｐｂ　）ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｔｏ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｌｅａｄｉｎｇ　

ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｌｅａｄ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｏｎ　ｎａｔｕｒａｌ　ｃｌｉｎｏｐｔｉｌｏｌｉｔｅ．Ｃｌｉｎｏｐｔｉｌｏｌｉｔｅ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｗｅｒｅ　ｐｕｔ　ｉｎｔｏ　ｌｅａｄ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｍａｓｓ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ．ＮａＣ１　ａｎｄ　ＨＮＯ３　ｗｅｒｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｆｏｒ　ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ　

ｔｅｓｔ　ｏｎ　ｃｌｉｎｏｐｔｉｌｏｌｉｔｅ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｔａｇｅｓ．Ｉｔ　ｉｓ　ｆｏｕｎｄ　ｔｈａｔ　Ｐｂ　ｉｓ　ａｂｓｏｒｂｅｄ　ｂｙ　ｃｌｉｎｏｐｔｉｌｏｌｉｔｅ　ｂｙ　ｔｗｏ　ｍａｉｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ：ｉｏｎ　ｅｘｃｈａｎｇｅ　ａｎｄ　ｐｈｙｓｉｓｏｒｐｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｐｈｙｓｉｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｐｌａｙｓ　ａ　ｌｅａｄｉｎｇ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｉｏｎ　ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｏｃｃｕｒｓ　ｍａｉｎｌｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｆ　ｃｌｉｎｏｐｔｉｌｏｌｉｔｅ　ａｎｄ　ｒｅａｃｈｅｓ　ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ　ｉｎ　

ｓｈｏｒｔ　ｔｉｍｅ．Ｉｏｎ　ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｉｓ　ｈａｒｄｌｙ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｍａｓｓ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｅａｄ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ．　

Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅ　ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ　ｏｆ　ｉｏｎ　ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｉｓ　ｈｉｇｈｅｒ　ｉｎ　ｌｅａｄ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　１ＯＷ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｍａｓｓ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ．　Ｏｎ　ｔｈｅ　ｏｔｈｅｒ　ｈａｎｄ，ｐｈｙｓｉｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｃｃｕｒｓ　ｍｏｓｔｌｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｆ　ｃｌｉｎｏｐｔｉｌｏｌｉｔｅ　ｉｎ　ｌｅａｄ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌＯＷ　ｍａｓｓ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅａｃｈｅｓ　ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ　ｑｕｉｃｋｌｙ．Ｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｂ。　ａｂｓｏｒｂｅｄ　ｂｙ　ｐｈｙｓｉｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌｅａｄ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｍａｓｓ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｈｉｇｈｅｒ，ｗｈｉｃｈ　ｃｏｓｔｓ　ａ　ｌｏｎｇ　ｔｉｍｅ　ｔｏ　ｒｅａｃｈ　ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ．Ｉｎ　ａｄｄｉｔｉｏｎ，ａ　ｆｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｂ　ｃａｎｎｏｔ　ｂｅ　ｄｅｓｏｒｂｅｄ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｉｔｓ　ｓｔｒｏｎｇ　ｂｏｎｄｓ　ｗｉｔｈ　ｃｌｉｎｏｐｔｉｌｏｌｉｔｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌｅａｄ；ｎａｔｕｒａｌ　ｃｌｉｎｏｐｔｉｌｏｌｉｔｅ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｍｅｃｈｎｉｓｍ；ｉｏｎ　ｅｘｃｈａｎｇｅ；ｐｈｙｓｉｓｏｒｐｔｉｏｎ；ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ　

铅是一种在环境中易转移、不可生物降解的有　害重金属，它在生物体内易于富集，对神经系统和内　

收稿日期：　基金项目：　

作者简介：　脏器官会产生不良影响．Ｐｂ　。。的去除方法有多种，　如吸附法Ⅲ、化学沉淀、离子交换、膜分离、电化学　

２０１４—０４—０９．　浙江大学学报（工学版）网址：ＷＷＷ．ｊｏｕｒｎａｌｓ．ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ／ｅｎｇ　国家水体污染控制与治理科技重大专项资助项目（２０１１ＺＸ０７３０１—００４—０３—０２）；浙江省饮用水安全保障与城市水环境治理重点科　技创新团队资助项目（２０１０Ｒ５００３７）．　邵卫云（１９７Ｏ一），女，副教授，博士，从事水动力学、城市排水与水环境研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈａｏｗｙ＠ｚｉｕ．ｅｄｕ．ｃｒｔ　通信联系人：周永潮，男，副教授．Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈｏｕｔａｎｇ＠ｚｊ

ｕ．ｅｄｕ．ｃｎ　浙　江　大　学　学　报（工学版）　第４９卷　

法　和依靠植物吸收的生态处理方法＿Ｌ３　等．其中，沸　

石吸附法因其价格低廉、方法有效，在水处理行业中　

得到了广泛的应用．　沸石可以认为是一种由一定数量的Ａ１。　取代　

Ｓ　所形成的含水架状结构的多孔硅铝酸盐矿物　

质．通常沸石为硅氧四面体和Ａｌ抖取代ｓｉ抖后形成　

的铝氧四面体结构，即以硅原子、铝原子为四面体中　

心，周围由４个氧原子所包围．由于铝原子呈＋３　

价，铝氧四面体中有一个氧原子的价电子没有得到　

中和，使其呈一１价状态．为了保持其整体电性的中　

和，其四面周围必须有一个带正价的阳离子（阳离子　通常是Ｎａ　、Ｋ　、１／２Ｃａ　’。）ｌ４］．这些阳离子和铝硅　

酸盐结合力比较弱，因此具有很大的流动性，极易与　周围水溶液中的阳离子发生离子交换作用Ｌ５　］．沸石　

的这种结构决定了它具有较大的静电引力和较强的　离子交换性Ｌ６］，因此沸石对重金属的去除可能包含　

着多种作用．Ｊｅｎｎｅ等　的研究表明：沸石对重金　

属的去除机理主要包括离子交换和化学吸附作用，　

其中离子交换可能包含２种形式：金属离子与沸石　

表面羟基官能团中的质子发生交换；金属离子与沸　石表面具有较强流动性的阳离子（Ｎａ　、Ｋ　、Ｃａ抖　

等）发生交换［５　．金属离子与沸石表面羟基发生　

的络合反应存在化学吸附作用，化学吸附通常包括　

表面络合作用和内部络合作用．相比表面络合作用，　

通常认为内部络合作用更加稳定，并且沸石与金属　离子间的结合更加紧密［８　．但是，Ｃａｓｔａｌｄｉ等ｎ妇的　

研究并没有发现反应中有羟基络合物生成，他们认　

为斜发沸石对重金属离子的吸附为物理吸附和离子　交换作用，并且除了表面吸附作用外，部分金属离子　

可能以脱水的形式扩散到微孔中．　

由于沸石对Ｐｂ　的吸附是一个非常复杂的过　程，在不同初始浓度的重金属溶液与反应时间下，沸　

石对重金属的吸附主导机制存在动态差异性．为了　更好地了解沸石吸附机理，本文以铅溶液为去除对　

象，进行高质量浓度、低质量浓度铅溶液下的沸石吸　

附及脱附实验，分析不同阶段沸石对Ｐｂ　的吸附主　

导机制，探讨天然斜发沸石对Ｐｂ　的动态吸附机　

理，为沸石对重金属的高效去除奠定理论基础．　

１实验材料与方法　

１．１实验材料与方法　实验所用的天然斜发沸石来自河南省巩义市元　

亨净水材料厂，沸石用去离子水洗净后，低温烘干后　碾成粉末，过直径为０．２　ｍｍ的尼龙筛．实验所用的　

ＮａＣ１、Ｐｂ（ＮＯ。）　和ＮａＯＨ为分析纯，ＨＮ（）３为　

优级纯．　

实验所用振荡装置为ＩＫＡ　ｋｓ４０００ｉ控制型恒温　

摇床，水样中Ｐｈ　的测定采用原子吸收光谱仪　

（ＡＡＳ，Ｔｈｅｒｍｏｆｉｓｈｅｒ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ｉｃｅ３５００），溶液的　

ｐＨ测定使用Ｔｈｅｒｍｏｆｉｓｈｅｒ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｏｒｉｏｎ３一ｓｔａｒ　ｐＨ　计，ｘ射线衍射（ＸＲＤ）分析使用Ｘ’ｐｅｒｔ　ＰＲＯ　Ｘ射线　

衍射仪．　

１．２　Ｐｂ　的吸附与脱附实验　

等温吸附线可以很好地估算天然斜发沸石对　

Ｐｂ抖的吸附性能．取０．５　ｇ沸石粉加入塑料瓶中，分　

别加入不同初始质量浓度的铅溶液１００　ｍＬ，Ｐｂ。　

的初始质量浓度设置为０～１２４．３２　ｍｇ／Ｌ，调节ｐＨ　值为５．７（此时铅均为游离态），振荡１２　ｈ后使用　

０．４５　ｍ孔径的微孑Ｌ滤头抽滤取样，加稀硝酸后使　

用ＡＡＳ检测．　为了探究ＮａＣ１和ＨＮ０。脱附的合适的物质的　

量浓度，分别设置ＮａＣ１和ＨＮＯ。的脱附实验．取　

０．５　ｇ沸石粉吸附１００　ｍＬ质量浓度为８２．８８　ｍｇ／Ｉ　的铅溶液，饱和后再用０．４５　ｔｚｍ孔径的滤膜真空抽　

滤，４５℃烘干后得沸石粉，加入１００　ｍＬ不同初始物　

质的量浓度的ＮａＣ１溶液进行脱附，ＮａＣ１的初始物　

质的量浓度设置为０～１．０　ｒｎｏｌ／Ｉ　，振荡１２　ｈ后取样　

检测溶液中Ｐｂ　。。的质量浓度，选择对应最大脱附量　

的ＮａＣ１的物质的量浓度．取０．５　ｇ沸石粉吸附１００　

ｍＬ　８２．８８　ｍｇ／Ｌ的铅溶液，饱和后采用０．５　ｍｏｌ／Ｌ的　

ＮａＣ１溶液脱附，再采用１００　ｍＬ不同初始物质的量浓　

度的ＨＮ０３溶液进行脱附，ＨＮ０３初始物质的量浓度　

设置为Ｏ～２．０　ｔｏｏｌ／Ｉ　，振荡１２　ｈ后取样检测，选择对　应最大脱附量的ＨＮ０３物质的量浓度．　

沸石对Ｐｂ　的吸附情况随着时间Ｉｌ８］和Ｐｂ　的　

初始质量浓度的变化而变化［１　，为了探究沸石在高　

质量浓度铅溶液（达到饱和吸附容量）和低质量浓度　

铅溶液（未达到饱和吸附容量）中的吸附机理随时间　

的变化情况，取０．５　ｇ沸石粉分别吸附１００　ｍＬ　８２．８８　ｍｇ／Ｌ的铅溶液和３１．０８　ｍｇ／Ｉ　的铅溶液，分别对吸　

附反应进行５、１０、１５、２０、３０、４５、６０、１２０、１８０、２４０、　３００、４２０、５４０以及７２０　ｒａｉｎ时的沸石依次使用０．５　

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天然沸石对番茄及土壤中铅的影响

天然沸石对番茄及土壤中铅的影响

生态环境学报２０１０，１９（９）：２２１９—２２２４　Ｅｃｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｅｅｓｃｉ．ｃｏｍ　Ｅ－ｍａｉｌ：ｅｄｉｔｏｒ＠ｊｅｅｓｃｉ．ｃｏｍ　天然沸石对番茄及土壤中铅的影响　李鹏，安志装，赵同科　，刘宝存，张成军　北京市农林科学院植物营养与资源研究所，北京１０００９７　摘要：为探索沸石对轻度铅污染土壤的修复效果及农业安全生产可行性，利用盆栽试验研究了不同沸石添加量及不同沸石粒　级等因素对不同生长时期番茄（Ｓｏｌａｎｕｍ　ｌｙｃｏｐｅｒｓｉｃｕｍ）植株铅质量分数、累积量和土壤铅质量分数的影响。结果表明，添加天　然沸石可提高土壤有效铅质量分数，不同程度地增加番茄地上部生物量，具有提高番茄茎叶铅质量分数及积累量、果实产量　的趋势，也具有降低收获期根部铅质量分数及积累量的趋势。１８　ｇ－ｋｇ。是提高地上部生物量，抑制土壤铅污染、茎叶和根部　铅积累的最佳沸石添加量，但有促进果实铅积累的趋势；沸石添加量为１０　ｇ－ｋｇ。则在提高土壤有效铅质量分数的同时可抑制　果实铅的积累。中粒级沸石可抑制果实铅积累，大粒级为削减根部铅积累量促进茎叶铅积累的最佳沸石粒级，小粒级沸石则　可抑制收获期茎叶铅的积累。　关键词：番茄；铅；沸石；土壤；添加量；粒级　中图分类号：Ｓ１５４．３６　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—５９０６（２０１０）０９．２２１９—０６　铅是生物学毒性较大的重金属元素…，也是一　种对人类健康具有显著毒副作用的重金属，长期暴　露在含铅环境中，即便浓度较低，也会影响人体中　枢神经系统以及骨骼发育，对儿童的不良影响尤为　突出【　。　北京污灌区主要分布于东南郊工业区的下游，　处在由多条河流冲洪积作用而形成的冲积扇平原　上，土壤类型为潮土，土壤肥沃，土层深厚，适合　农作物的生长。常年条件下，该区降水量不能满足　农作物生长需求，为保证正常的农业生产，几十年　来一直引用承接北京市生活污水和生产废水的通　惠河、凉水河水或高碑店污水处理厂的排水进行灌　溉，缓解了该区农业用水的供需矛盾；但是由于部　分生活及工业污水中含有一定量的重金属或有机　污染物【３　，灌溉不当将造成有毒污染物在土壤和作　物中的积累【５　Ｊ。付华等Ｌ９Ｊ研究表明，北京南部地区　农业土壤铅污染指数达到中度污染水平。为保证北　京市粮食安全，降低环境和农产品污染风险，开展　土壤或作物重金属污染的有效控制技术研究十分　必要。粘土矿物因具有较大的内、外表面积和较强　的吸附能力，能够有效固定土壤中的重金属元素，　防止其被吸收进入植物体　们。沸石是一种重要的粘　土矿物，许多学者开展了用它控制重金属污染的研　究工作¨１，１２］，在对农田的铅污染土壤控制研究上多　数主要集中在粮食作物或叶菜类种植土壤上Ｉｌ　＂】，　利用沸石对茄果类蔬菜种植条件的铅污染控制方　面的研究尚不多见，本文在前人研究基础上，以北　基金项目：　作者简介：　收稿日期：　京东南通州污灌区代表性潮土为对象，人工模拟污　染，研究不同沸石粒级及添加量处理下土壤铅变化　及茄果类植物吸收规律，为多种农业种植类型条件　下的轻度铅污染土壤的原位修复及风险控制提供　理论支持。　１材料与方法　１．１供试材料　供试作物：番茄（Ｓｏｌａｎｕｍ　ｌｙｃｏｐｅｒｓｉｃｕｍ）仙客１　号，取自北京云科富民农业发展有限公司。　供试土壤：潮土，取自北京通州马驹桥镇大周　易村小麦（与玉米轮作）耕层土壤，取样工具为硬　质塑料土铲，取样深度为０～２０　ｃｍ。基本理化性质　见表１，其全铅含量低于相应元素环境容量标准。　沸石为市场购买工业级试剂，全铅质量分数　１９．０　ｍｇ・ｋｇ－　，有效铅为１．７６　ｍｇ・ｋｇ～，粉碎后分别过　１、０．２５和０．１４９　ｍｍ尼龙筛，将０．２５０～１．０００、　０．１４９～０．２５０　ｍｍ和＜Ｏ．１４９　ｒｌｌｌＴｌ不同粒级的沸石分别　以ＭＸ、ＭＤ、ＭＮ标记。将供试土壤风干过２　ｍｍ　尼龙筛，人为添加外源重金属铅（醋酸铅）进行模　拟污染，使供试土壤全铅质量分数达６４８．２　ｍｇ・ｋｇ～，　保持湿润平衡两周后备用。　１．２试验方法　１．２．１模拟污染的盆栽试验　设置沸石粒级和添加量２个处理因素，交互完　全随机设计，不添加沸石作为对照处理，３个沸石　粒级水平分别为ＭＸ、ＭＤ、ＭＮ，３个添加量水平　分别为４、１０、１８　ｇ・ｋｇ　土，共ｌＯ个处理，每个处　国家“十一五’科技支撑计划重点项目（２００７ＢＡＤ８７Ｂ０１；２００７ＢＡＤ８７Ｂ０２；２００６ＢＡＤ２５Ｂ０６）；北京市农林科学院青年科研基金课题　李鹏（１９８０年生），男，助理研究员，硕士，研究方向为农业环境污染控制技术。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｉｎｎｅｒ８１ｉｐ＠１６３．ｃｏｒｎ　通讯作者：Ｅ—ｍａｉｌ：ｔｋｚｈａｏ＠１２６．ｔｏｍ　２０１０．．０７．．

非金属矿物吸附剂在水处理方面的应用

非金属矿物吸附剂在水处理方面的应用

18【开发利用】

非金属矿物吸附剂在水处理方面的应用

杨仁海1，石云兴2，严建华1，祁 宇1

(1.北京工业大学材料学院，北京 100022；2.中建总公司材料工程研究中心，北京 102600)

摘要：粘土类非金属矿物具有良好的吸附和离子交换性能，在水处理方面有广阔的应用前景。各国研究者都对它们展开

了大量的研究，以期取代价格昂贵的活性炭。本文介绍了几种常见矿物吸附剂的研究现状。

关键词：非金属矿物；吸附剂；水处理

中图分类号：X703.5;TD985 文献标识码：A 文章编号：1007-9386(2007)01-0018-03

Research and Application of Non-metallic Mineral Adsorbents on Water Treatment

Yang Renhai1, Shi Yunxing2, Yan Jianhua1, Qi Yu1

(1.College of Material Science and Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100022;

2.CSCEC Material Engineering Research Center, Beijing 102600)

Abstract: As clay nonmetallic minerals possess good adsorption and ion-exchange properties, a large amount of work has been done

to substitute expensive commercial active carbon with these low cost and locally available materials in water treatment. Present research

and application of several nonmetallic mineral adsorbents were introduced in this paper.

天然沸石作为有效吸附剂在水和废水处理中的应用

天然沸石作为有效吸附剂在水和废水处理中的应用

天然沸石作为有效吸附剂在水和废水处理中的应用

摘要：天然沸石是含量丰富且低成本的资源，是一种结晶水合硅铝酸盐，其骨架

之外的孔隙中，含有含有水，碱和碱土金属阳离子。由于其阳离子交换能力和分

子筛性质，过去几十年内天然沸石已被广泛用作分离和纯化过程中的吸附剂。在

本文中，我们回顾了天然沸石作为吸附剂在水和废水处理中的最新发展，讨论了

天然沸石的性质和改性。世界各地的各种天然沸石对于阳离子如铵和重金属离子

具有不同的离子交换能力。一些沸石还能从水溶液中吸附阴离子和有机物。天然

沸石的改性可以通过几种方法进行，例如酸处理，离子交换和表面活性剂官能化，

使改性沸石获得较高的有机物和阴离子吸附能力。

关键词：天然沸石、吸附作用、无机离子、有机物、水处理

1. 引言

如今，由于缺乏干净的饮用水，世界正面临水危机。随着各行业的快速发展，

工业生产已经产生了大量的废水，排放到土壤和水体系中。废水通常含有许多污

染物，如阳离子和阴离子，油和有机物，对生态系统产生了强烈的毒性作用。去

除这些污染物需要低成本、效率高的技术，并且在处理废水处理方面，在过去几

十年中已经开发了各种技术。目前，吸附被认为是用于水和废水处理中相对简单

和有效的技术，并且该技术的成功在很大程度上取决于有效吸附剂的发展。活性

炭[1]，粘土矿物[2,3]，生物材料[4]，沸石[5,6]和一些工业固体废物[7,8]已经被广泛用作

废水处理中吸附离子和有机物的吸附剂。

自从最初在火山沉积岩中发现沸石矿物以来，世界许多地区都发现了沸石凝

灰岩。在过去几十年中，天然沸石已经在吸附，催化，建筑工业，农业，土壤整

治和能源[9,10]等方面得到了应用。据估计，世界天然沸石消费量为308万吨，2010

年将达到550万吨[11]。

天然沸石是具有多孔结构的水合硅铝酸盐矿物，具有一系列宝贵的物理化学

性质例如阳离子交换，分子筛，催化和吸附。由于这些性质和世界范围内的广泛

存在性，天然沸石在环境应用中的应用正在引起新的研究兴趣。天然沸石对水和

水处理应用沸石性能的原理

水处理应用沸石性能的原理

水处理应用沸石性能的原理

1. 沸石的定义和特性

• 沸石是一种具有微孔结构和吸附性能的天然矿物质。

• 沸石主要由硅酸铝组成，其中包含的水分子可以被去除，形成干燥沸石。

• 沸石的特性包括高比表面积、高孔径、良好的吸附性能和离子交换性能。

2. 沸石在水处理中的应用

• 沸石广泛应用于水处理领域，包括水软化、去除重金属离子、除臭和除氯等。

• 沸石可用于水处理系统中的过滤器、吸附剂和离子交换柱等设备中。

3. 沸石吸附性能的原理

• 沸石具有高比表面积和孔径，可以提供大量的活性吸附位点。

• 沸石表面存在吸附性能较强的Si-OH键，可以吸附水中的许多溶解物质。

• 沸石的吸附性能与水中物质的化学性质、沸石孔径大小以及沸石的表面性质等因素相关。

4. 沸石离子交换性能的原理

• 沸石具有可交换的碱金属离子和铜阳离子等。

• 沸石内部的离子交换位点可以与水中的阳离子发生交换反应，使水中的杂质离子得到去除。

• 沸石的离子交换性能和其结构中的金属离子含量有关。

5. 沸石在水软化中的应用

• 沸石可以用于水软化处理，通过交换钠离子取代水中的钙、镁离子，从而减少水垢生成。

• 沸石的软化性能可以通过调节槽速、盐浓度和水中的钙、镁离子浓度来实现。

6. 沸石在重金属去除中的应用

• 沸石可以用作过滤剂去除水中的重金属离子，如铅、汞、镉等。

• 沸石的吸附性能可以通过调节水处理系统的pH值、沸石颗粒大小和接触时间来实现。 7. 沸石在除臭和除氯中的应用

• 沸石可以用作吸附剂去除水中的有机物和氯气等臭味物质。

• 沸石的吸附性能可以通过调节沸石负载量、水流速度和沸石颗粒大小来实现。

8. 沸石应用的优点和局限性

• 沸石具有高吸附性能和离子交换性能，可高效去除水中的杂质。

• 沸石应用方便、操作简单，对环境友好。

• 沸石的性能受到水中溶解物质种类和浓度的影响。

• 沸石在长期使用后需要再生或更换，操作成本较高。