沸石又名分子篩，自1756年，瑞典礦物學(xué)家CronstedA．F．首先發(fā)現(xiàn)井命名為沸石以來，天然沸石已廣泛用于各種生產(chǎn)領(lǐng)域中脫色、脫臭、氣體分離、離子交換。而天然沸石舍有多種雜質(zhì)和水分，使孔遭阻塞，吸附性能受到限制，應(yīng)用于除氟方面需進(jìn)行活化處理。我們用經(jīng)過優(yōu)選活化后的沸石，過濾吸附存在于飲用水中的過量氟，使其含量降為1.0mg/L，達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。本文對天然沸石活化及含氟水處理的機(jī)理加以探討研究。
1、飲用水除氟的必要
氟是電負(fù)性最高的元素，是一種相當(dāng)活潑的非金屬元素。當(dāng)有氟離子大量存在時，有毒性作用。高氟水質(zhì)大多受到形及氣侯、自然界物理化學(xué)作用，與人類生產(chǎn)活動等因素密切相關(guān)，我國東北平源西部、內(nèi)蒙平原，華北平原及黃河中下游屬高氟區(qū)。長期飲用氟古量超過1.5mg/L的水，氟斑牙病發(fā)病率高達(dá)80%左右；長期飲用氟含量高于6.0mg/L水的兒童，無一例外地患上丁永久性的氟斑牙病癥，并患骨骼中毒癥，即氟癥。世界衛(wèi)生組織制定出各國飲水水質(zhì)氟含量標(biāo)稚，我國最大允許含量1.0mg/L。
2、選用是然沸石并經(jīng)過活化后脫除飲水中的氟
天鼾沸石除氟能力因受地質(zhì)演變影響孔道阻塞，吸附性能受到影響。對天然沸石的活化，目的是對詿酸鹽的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，并打通阻塞的孔遭?？刹扇〉拇胧┯校?/p>
(1)?用NaOH溶液對結(jié)構(gòu)遣行調(diào)整；
(2)?用CaCI2對沸石中負(fù)一價離子進(jìn)行交換，使之改型，增大孔道；
(3)通過高溫熔燒，降去孔道中阻塞物。進(jìn)行必要的清洗，進(jìn)一步達(dá)到去除不必要雜質(zhì)和提高活性的效果。有數(shù)據(jù)表明，NaOH溶液水浴加熱對提高除氟容量效果較好；CaCI2溶液浸泡對減輕濾料損耗和提高陸氟容量也有一定效果；高溫溶燒對減少出水濁度效果最為明顯。在天然沸石活化過程及除氟工作中，我們通過大量的實(shí)驗(yàn)，考察了一系列參數(shù)，如粒徑對沸石除氟溶量的影響；吸附時間對沸石除氟容量的影響；水樣的pH值對沸石除氟容量的影響；不同濃度CaCI2溶液對沸石除氟霧量的影響；熔燒溫度和時間對沸石除氟容量的影響等，從而得出了天然沸石活化的最佳條件：
(1)6.0mol/dm3NaOH溶液中水浴2h；
(2)5%CaCI2溶液浸泡2h；
(3)在箱式爐中于700℃溫度下熔燒2h；
(4)5%AI2(sO4)3·18H2O溶液中浸泡24h。
至于活化后的沸石用于飲用水除氟中以上四個步驟的先后次序選擇，通過對含氟水處理，優(yōu)選出了最佳方案步驟依次為(3)、(2)、(1)、(4)。
3、天然沸石的優(yōu)越性及除氟機(jī)理
含氟水的處理方法很多，選擇處理方法要根據(jù)水質(zhì)情況和被處理的水要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。用天然沸石除氟易操作、價格便宜、無害、原材料易得，便于推廣。天然沸石的物理性質(zhì)和應(yīng)用于水污染控制中兩個重要性能如下：
3.1吸附和分離
天然沸石孔道中的水分子經(jīng)過烘烤后部分脫水或全部脫水，但不會破壞結(jié)構(gòu)骨架，從而形成一個內(nèi)表面很大的空穴，可吸附并存大量的分子。并且沸石晶體內(nèi)部的空穴和孔道大小均勻固定，只有直徑較小的分子才能進(jìn)入沸石孔道被吸附，而尺寸較大的分子則不能進(jìn)入孔道，即沸石具有選擇性和篩分能力。而硅膠、活性炭等由于孔徑變化較大，大小部分均可進(jìn)入，無選擇性吸附。天然沸石具有高吸收性能，特別是對水、氯硫化氧、二氧化碳等分子具有掘強(qiáng)的親和力。
3.2離子交換性能
天然沸石具有良好的離子交換性能，利用它可調(diào)節(jié)晶體場內(nèi)的電場、表面酸性，從而可改變沸石的性質(zhì)，調(diào)節(jié)沸石的吸附和催化性能。沸石與某種金屬鹽的水溶液接觸，溶液的金屬陽離子可以進(jìn)沸石中，而沸石中陽離子被交換下來進(jìn)入溶液中，這種離子交換過程可用下面通式表示：
A+z-+B+=B+z-+A+
式中，z-為沸石的陰離子骨架；B+為水溶液金屬陽離子。離子交換性能和陽離子選擇性為天然沸石最主要的典型交換性。斜發(fā)沸石的交換陽離子為：Na-，Ca2+，K+。
由以上分析可得出：
(1)活化過程的作用是提高沸石活性，促進(jìn)吸附容量提高A14(SO4)3，浸泡處理是沸石關(guān)鍵的一步，其作用為吸附性質(zhì)；
(2)在除氟過程中A13+與絡(luò)合能力強(qiáng)的F-結(jié)合，取代了Al3+結(jié)合能力弱的sO42-離子的增加由此可以看出，除氟過程，以吸附和離子交換為主。
