天然沸石是當今世界各國十分重視的新興非金屬礦產資源,它以優異的吸附、離子交換性能正越來越廣泛地被應用在“三廢”治理中。沸石是以硅鋁酸鹽為主的一類礦物的總稱,架狀鋁硅酸鹽礦物,含水和堿(或堿土金屬)。沸石可分為天然沸石和合成沸石兩大類。天然沸石是1756年瑞典礦物學家A.F.Cronst-ed首先發現的。沸石作為一種具有優異功能的非金屬礦物材料,在工業中有廣泛的應用。其顯著特點是孔隙度高、比表面積大,離子交換性、吸附性、催化性、耐酸性、耐熱性、耐輻射性等性能優異,因此被廣泛用于石油化工、環境保護、農牧業、建材工業、輕工業及高新尖端技術等領域。我國地域遼闊,沸石的種類頗多,目前已經發現的沸石有斜發沸石、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個礦種或亞種。我國的沸石以斜發沸石為主,絲光沸石次之,多數分布在我國東部和中部地區。沸石是一種廉價的非金屬礦。開發利用沸石處理廢水,在我國有巨大的優勢。
沸石處理廢水的機理介紹如下:
1.1吸附劑
沸石晶格內部構造開放性大,除了有穩定的[(Al,Si)O4]四面體從角頂相互聯結,形成架狀硅鋁氧骨干外,還有很多大小均一的孔穴和通道,孔穴通過開孔的通道彼此相通,使得沸石具有巨大的比表面積,據有關資料顯示,可達400~800m2/g;且陽離子晶格內的負電與平衡陽離子的正電電荷中心在空間上是不重疊的,分子間具有巨大的靜電吸引力。綜上所述,比表面積大,靜電吸引力強,沸石具有良好的吸附性能。當沸石晶格內的孔穴和通道出現空缺時,沸石對氣體或液體表現出極強吸附性能,尤其是對SO2、NH3等及某些有機蒸汽等敏感性氣體吸附更為有效。與其它吸附劑相比,沸石具有選擇性高、吸附量大、吸附效率高的特點。
1.2離子交換劑
沸石空間最基本的結構單位是硅氧(SiO4)四面體和鋁氧(AlO4)四面體。其中1個氧原子的價電子沒有得到中和,使得整個鋁氧四面體帶1個負電荷,為了保持電中性,鋁氧四面體附近必須有1個帶正電荷的金屬陽離子(M+)來抵消它所帶的負電荷(通常是堿金屬或堿土金屬離子)。但是沸石中的Na+、K+等金屬陽離子與硅鋁氧骨干結合得相當弱,進入沸石表面的陽離子則與沸石晶格中的陽離子如Na+、K+等交換,交換后沸石結構不被破壞,還可以再生。
1.3催化劑
由于沸石具有很大的吸附表面,可以容納相當多數量的吸附物質,因而能促使化學反應在其表面上進行,所以沸石又作為有效的催化劑和催化載體。另外沸石有鋁硅酸鹽格架電荷,以及平衡離子的電荷,具有局部的高電場和格架上產生酸性位置,因而可以用于加速碳離子型的反應。此外它還能以交換具有催化活性的金屬(如Pt、Pa等),使其能得到最大程度的分散,保持高的活性同時又可減少貴金屬的用量。