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天然沸石在水處理中的應(yīng)用|沸石的水處理作用

一、天然沸石脫氮

含氮廢水的處理對(duì)于防止水體富營(yíng)養(yǎng)化尤為重要。目前，實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水的脫氮方法主要有生化方法、物理化學(xué)方法、沸石吸附方法和離子交換方法等。沸石骨架中存在某些空穴和孔隙，這決定了它們具有吸附和離子交換作用。沸石除去氨氮的機(jī)理是非離子氨的吸附和離子氨的離子交換。通常認(rèn)為非離子氨的吸附是主要的，因?yàn)榘笔菢O性分子，并且沸石的表面帶負(fù)電，因此其對(duì)氨具有較強(qiáng)吸附作用。

研究了天然沸石對(duì)氨氮廢水吸附特性的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明， 沸石吸附氨氮過(guò)程的適pH為7-8；沸石對(duì)氨氮吸附容量與比表面積和總孔體積的大小有較大影響并且呈正相關(guān)關(guān)系；沸石的投加量越大，其去除氨氮的效率越高；而沸石對(duì)氨氮的吸附容量隨著沸石投加量的改變則與之相反。

二、天然沸石除磷

研究人員通過(guò)研究沸石的除磷性能實(shí)驗(yàn)表明，沸石具有吸附劑的功能且能夠除磷，即使 pH 值較廣時(shí)，沸石也可有效去除廢水中的磷，當(dāng)沸石投加量、原水磷的濃度、磷的各種存在形態(tài)有所變化時(shí)，磷去除率也隨之改變。而部分研究人員研究了天然沸石除磷的影響因素實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，沸石對(duì)磷的去除率隨著沸石用量和接觸時(shí)間的增加而增加，達(dá)到峰值后再投加沸石和增加接觸時(shí)間，去除率逐漸下降。

三、天然沸石除有機(jī)污染物

由于工業(yè)的迅猛發(fā)展，例如有機(jī)工業(yè)、精細(xì)化工和高分子工業(yè)的迅速發(fā)展，使得水中有機(jī)污染物更加復(fù)雜和繁多。天然沸石能夠去除廢水中的有機(jī)污染物是因?yàn)槠湮侥芰χ饕捎袡C(jī)物分子的極性和大小所決定。其中沸石更容易吸附極性分子和較小分子直徑的；此外，如果有機(jī)物分子含有極性基團(tuán)或可極化基團(tuán)， 其可以強(qiáng)烈地吸附在沸石的表面上并因此被去除。通過(guò)實(shí)驗(yàn)利用活性炭、沸石來(lái)去除飲用水中的有機(jī)污染物，結(jié)果表明，沸石可以代替一些活性炭作為吸附劑，沸石深度處理飲用水的能力部分甚至優(yōu)于活性炭。

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視頻作者：蕪湖紅花山沸石礦業(yè)有限公司

利用沸石的離子交換性質(zhì)等 ，可有效地去除水中的重金屬離子。美國(guó)研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)沸石（尤其是以斜發(fā)沸石為主），其對(duì) Pb和其他的重金屬起到很強(qiáng)的親和力 ，對(duì) Pb的吸附能力多在 155.4mg/g左右，因此在投入到污水處理中具有良好的吸附效果。

另外，還可以用酸、氧化劑、復(fù)原劑、金屬鹽等對(duì)沸石進(jìn)行改性，來(lái)進(jìn)一步改善其吸附功能。Li等人發(fā)現(xiàn)經(jīng)陽(yáng)離子外表活性劑改性的沸石，其在保持原有功能基礎(chǔ)之上，還可去除水中的含氧酸陰離子，并大大提高了其去除無(wú)機(jī)物的功效。

依賴于自身的縫隙結(jié)構(gòu)，沸石分子篩孔徑均勻，內(nèi)部間隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，比表面積大，吸附能力強(qiáng)，含有大量肉眼看不到的孔徑，1克沸石材料中的孔徑，展開后比表面積高達(dá)500-1000m2，具有特殊的用途。

不同分子間的吸附作用

也叫凡德瓦重力。雖然分子的運(yùn)動(dòng)速度受溫度和物質(zhì)的影響，但在微環(huán)境下，其運(yùn)動(dòng)速度是恒定的。由于分子間存在相互吸引的作用力，分子被沸石的孔洞抓住，將更多的分子繼續(xù)吸入，直到沸石吸附飽和為止。

物理吸附

分子篩在除去液相和氣相中的雜質(zhì)時(shí)，其孔隙結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生很大的比表面積，從而很容易達(dá)到吸附的目的，而沸石孔壁上的大量分子由于分子間的吸附作用，能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的引力，就像磁力一樣，能夠?qū)⒔橘|(zhì)中的雜質(zhì)吸入到孔徑。

化學(xué)吸附

沸石表面除了物理吸附外，還常發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這是因?yàn)榉惺砻婧猩倭炕瘜W(xué)鍵、功能氫氣和氧，這些化學(xué)鍵可含地氧化物或絡(luò)合物，與被吸附物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而與被吸附的物質(zhì)結(jié)合，聚集到沸石的內(nèi)部和表面。