沸石是由瑞典科學(xué)家Cronsted于1756年首先發(fā)現(xiàn)的，它是一種多孔穴和通道，具有架狀結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽，通常具有較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性、耐酸性、耐輻射性，能夠廣泛地應(yīng)用于化學(xué)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域。

我國(guó)沸石的種類較多，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的沸石有斜發(fā)沸石、絲光沸石、菱沸石、方沸石、片沸石、鈣十字沸石、鈣甲十字沸石、輝沸石、濁沸石、鈉沸石等13個(gè)礦種，其中以斜發(fā)沸石為主，絲光沸石次之，多數(shù)分布在我國(guó)東部和中部地區(qū)。我國(guó)沸石的儲(chǔ)藏量大，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)140多處礦床，并且生產(chǎn)成本低，因而具有潛在、廣泛的應(yīng)用前景。沸石可用作環(huán)境工程材料，在污染防治中發(fā)揮重要作用。本文著眼于沸石的載體作用，評(píng)述其在水、土、氣多種環(huán)境介質(zhì)中的應(yīng)用研究進(jìn)展情況，提出了今后研究的建議。

沸石作為吸附劑處理污水

1、去除水中的重金屬離子由于沸石晶體具有大量的孔穴和孔道，比表面積較大。此外，沸石晶體內(nèi)部各種構(gòu)造形式的籠內(nèi)充填著陽(yáng)離子，并且部分硅(鋁)氧四面體的骨架氧帶有負(fù)電荷，因此，在這些離子周圍形成了強(qiáng)大的電場(chǎng)，產(chǎn)生了強(qiáng)大的靜電引力。這些特性使沸石具有良好的吸附性能，能夠吸附水中的重金屬。國(guó)內(nèi)外對(duì)此進(jìn)行了大量研究。

將吸附了銅離子的沸石作為除藻劑。沸石投入水體后，能緩慢釋放出銅離子，影響原生質(zhì)膜的滲透性，從而破壞藻類的光合作用，抑制其代謝和生長(zhǎng)。由于沸石釋放銅離子速度緩慢，可有效避免局部水域銅離子濃度過(guò)高對(duì)魚(yú)類等水中生物的傷害。

研究了斜發(fā)沸石和菱沸石對(duì)含有Pb、Cd、Cu、Zn、Cr、Ni和Co7種重金屬離子的廢水的處理效果，結(jié)果表明，這兩種沸石對(duì)Pb2+都有很好的去除作用，大部分情況下Pb2+去除率都達(dá)到100%。金屬離子的初始濃度對(duì)斜發(fā)沸石的吸附效率有較大影響(Pb除外)，當(dāng)Zn的初始濃度為30×10-6mg/L時(shí)，去除率僅為36%；而當(dāng)Zn的初始濃度為10×10-6mg/L時(shí)，去除率高達(dá)88%。金屬離子初始濃度對(duì)菱沸石的吸附效率影響不很明顯，當(dāng)Zn的初始濃度在(1～30)×10-6mg/L之間變化時(shí)，Zn的去除率為91%～99%。菱沸石的交換容量大于斜發(fā)沸石，主要是由于菱沸石骨架中較多的Si4+被Al3+取代，因而骨架負(fù)電荷較多，交換容量大，對(duì)金屬離子的去除率較高。總的來(lái)說(shuō)，兩種沸石對(duì)金屬離子的吸附能力并不因?yàn)槿芤褐卸喾N重金屬離子的共存而受影響，因此，沸石在處理含有多種重金屬離子的廢水方面有很廣的應(yīng)用前景。

研究了多種金屬離子共存，以及有機(jī)物存在時(shí)，墨西哥斜發(fā)沸石對(duì)工業(yè)廢水中金屬離子的吸附去除能力。結(jié)果表明，沸石在pH值8.0左右能對(duì)Pb、在pH<10.0時(shí)能對(duì)Cd進(jìn)行有效吸附，去除率均能達(dá)到95%以上；當(dāng)有Cr(VI)存在時(shí)，Pb和Cd的去除率大大降低，這是由于它們與鉻酸根反應(yīng)形成了化合物，降低了與沸石發(fā)生離子交換的親和力。有機(jī)物的存在對(duì)沸石吸附重金屬離子的影響不大，因?yàn)榉惺籽ê涂椎来笮∠拗屏擞袡C(jī)物的進(jìn)入。

進(jìn)行了沸石處理含鉻廢水的研究，結(jié)果表明，室溫下，當(dāng)廢水pH值≥4，Cr(VI)濃度≤300mg/L時(shí)，按Cr(VI)與沸石量比1：500投加沸石，Cr(VI)的去除率大于99%，出水可達(dá)標(biāo)排放。

2、去除廢水中的氨氮廢水中氨氮和磷含量過(guò)多，會(huì)引起受納水體的富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致藻類的過(guò)量繁殖，引起水質(zhì)惡化，造成水體污濁和魚(yú)類死亡的公害事件，因此，有效去除廢水中氨氮成為水和廢水處理的重要任務(wù)之一。沸石晶體骨架帶負(fù)電荷，在晶體孔內(nèi)必然有大量的金屬陽(yáng)離子以平衡這些電荷，因?yàn)檫@些陽(yáng)離子位于晶體骨架外，使得沸石具有離子交換性能，對(duì)氨氮具有很強(qiáng)的選擇性離子交換能力。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外廣泛進(jìn)行了利用沸石作為載體去除污水中氨氮的研究。

利用經(jīng)過(guò)特定處理的顆粒沸石作為生物載體，建造了一種固定生物膜沸石反應(yīng)器，去除微污染水源水中的NH32N、NO22N、Mn、有機(jī)物、色度和濁度等污染物。反應(yīng)器長(zhǎng)期運(yùn)行的結(jié)果表明，生物膜沸石反應(yīng)器對(duì)NH32N、NO22N和有機(jī)物的平均去除率分別為93%、90%和32%。

進(jìn)行了斜發(fā)沸石去除工業(yè)廢水中氨氮的研究，利用經(jīng)2%的NaCl溶液活化的20～40目斜發(fā)沸石處理氨氮廢水。沸石對(duì)氨氮的交換容量隨pH值的升高而降低，在廢水pH=5時(shí)，平均全交換容量為12.96mg/g；循環(huán)處理試驗(yàn)顯示，廢水中氨氮的濃度由246mg/L降至21.3mg/L，氨氮去除率達(dá)91.3%。

研究了斜發(fā)沸石在有機(jī)物存在條件下對(duì)廢水中氨氮的去除效果。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的生物法相比，采用斜發(fā)沸石處理含氨氮廢水的工藝能更好地承受沖擊負(fù)荷，運(yùn)行溫度范圍更寬，沸石對(duì)NH+4的選擇性吸附隨著pH值的升高顯著降低。

利用Phlipsite沸石去除城市污水中的氨氮，研究了利用沸石去除氨氮的離子交換能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該沸石能有效去除城市污水中95%的氨氮，出水中氨氮濃度值低于城市污水國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)限值。

3、去除污水中的有機(jī)污染物天然沸石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它的內(nèi)表面只能吸附一些較小的有機(jī)分子，如CCl4、CH4等，而一些分子直徑比沸石孔徑大的有機(jī)分子則不能進(jìn)入沸石孔道內(nèi)，但含極性基團(tuán)或含可極化基團(tuán)的有機(jī)分子能在天然沸石外表面發(fā)生強(qiáng)烈吸附，因此，沸石作為載體也廣泛應(yīng)用于污水中有機(jī)物的去除。

采用沸石作為曝氣生物濾池的濾料來(lái)處理紡織廢水，經(jīng)過(guò)7個(gè)月的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，COD的去除率為88%；再經(jīng)過(guò)5個(gè)月后，COD去除率達(dá)92%，BOD去除率達(dá)99%，脫色率達(dá)78%。

研究了沸石對(duì)水中芳香族化合物的去除效果。斜發(fā)沸石與廢水接觸4h，對(duì)苯胺、苯酚、42甲基苯胺、22氨基酸、42氨基酸、22硝基酚、42硝基酚、22甲基242硝基酚的吸附率為45%～64%；沸石經(jīng)環(huán)糊精(CDs)，特別是α2CD改性后，對(duì)芳香族化合物的吸附效率可高達(dá)65%～74%。

將80目斜發(fā)沸石用水潤(rùn)濕后，與能夠水解形成多核、多羥基、帶高正電荷的鋁鹽、鐵鹽按一定比例混合，同時(shí)加入適量的反應(yīng)助劑充分?jǐn)嚢瑁缓髮⒒旌衔锏膒H值調(diào)至4～5并陳化數(shù)小時(shí)，最后將混合物在200～250℃的溫度下燒結(jié)制成“沸石凈化劑”。用該凈化劑處理pH≈9、CODCr<3500mg/L的草漿型造紙廢水，若重量比為1：900，則可使CODCr降低到450～960mg/L，達(dá)到國(guó)家造紙行業(yè)二至三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。