隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快和工農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展,大量未經(jīng)處理的城市垃圾、污染的土壤、工業(yè)和生活污水以及大氣沉降物不斷進(jìn)入水中,使得水資源受到嚴(yán)重的污染。傳統(tǒng)的污廢水處理技術(shù)及材料受到極大的挑戰(zhàn),已不再或即將不再滿(mǎn)足現(xiàn)實(shí)要求。開(kāi)發(fā)成本低廉、效果顯著的廢水處理材料及技術(shù)勢(shì)在必行。環(huán)境礦物材料因具有資源豐富,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)已成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外環(huán)保及廢水處理研究工作者關(guān)注的熱點(diǎn)。環(huán)境礦物材料可以定義為由礦物及其改性產(chǎn)物組成的與生態(tài)環(huán)境具有良好協(xié)調(diào)性或具有防治污染和修復(fù)環(huán)境功能的一類(lèi)礦物材料。環(huán)境礦物材料如沸石、海泡石、硅藻土等被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于廢水處理中,并取得了良好的效果。沸石作為一種廉價(jià)的天然環(huán)境礦物材料,由于特殊的組成和結(jié)構(gòu)決定了其具有很好的吸附性、離子選擇性、離子交換性、催化性、耐酸性、耐輻射性、生物活性、熱穩(wěn)定性等特性。沸石已廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、環(huán)保等領(lǐng)域,尤其是在環(huán)境保護(hù)及維護(hù)領(lǐng)域,沸石作為濾料、干燥劑、水質(zhì)軟化劑、離子交換劑等已被廣泛應(yīng)用。目前世界上已發(fā)現(xiàn)的天然沸石礦物種類(lèi)超過(guò)40種,常見(jiàn)的有斜發(fā)沸石、絲光沸石、毛沸石、鈣沸石、片沸石、方沸石和菱沸石,其中斜發(fā)沸石在水處理中應(yīng)用最廣。本文綜述了沸石在處理重金屬、有機(jī)、無(wú)機(jī)及其它工業(yè)廢水中的應(yīng)用,并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行探討。
天然沸石含有雜質(zhì),純度較低,沸石內(nèi)部孔道易堵塞,并且相互連通的程度也較差,孔徑較小,去除比其孔徑大的物質(zhì)效果不太好,處于交換位置上的交換離子不統(tǒng)一,其結(jié)合性有強(qiáng)有弱,導(dǎo)致其交換能力較差,因此沸石須預(yù)先經(jīng)過(guò)提純、加工、改性等一系列處理,進(jìn)一步改善其性能以便得到更廣泛的應(yīng)用。目前沸石的改性范圍較廣,概括有三種:
(1)結(jié)構(gòu)改性;(2)沸石晶體表面改性;(3)沸石內(nèi)孔結(jié)構(gòu)改性。通過(guò)改性后沸石的比表面積增大,吸附性能增強(qiáng),離子交換容量增大。
以下是幾種改性方法:
(1)結(jié)構(gòu)改性。沸石主要骨架元素為硅元素和鋁元素,是決定沸石基本性質(zhì)的主要因素,通過(guò)改性其骨架元素,改變硅鋁比可以改變其基本性質(zhì),降低硅鋁比可以顯著提高沸石的吸附能力和吸附容量,提高硅鋁比則可以使沸石的親水能力下降,疏水能力增強(qiáng),有利于其對(duì)水中有機(jī)污染物的吸附,可以根據(jù)需要降低或提高其硅鋁比。
(2)沸石晶體表面改性。利用一些多孔的材料或助劑采用物理化學(xué)方法對(duì)礦物表面進(jìn)行處理,有目的地改善礦物的物理性能或表面物理化學(xué)性質(zhì)。常用的方法有:
①酸堿改性,經(jīng)酸堿處理后,沸石的比表面積增大,吸附性能增強(qiáng),表面活性增強(qiáng);
②加熱改性,加熱處理可去除沸石孔洞中充填的水分、碳酸鹽和有機(jī)物,使其內(nèi)表面積增大,能很好地改善沸石的吸附交換能力;
③有機(jī)物改性,主要采用表面活性劑改善沸石的吸附能力。利用10%的鹽酸和2mol/L的NaCl溶液對(duì)沸石進(jìn)行改性后制得的H-型和Na+型沸石,用于去除市政污水中的氨氮,去除率分別達(dá)89.88%和79.65%;研究發(fā)現(xiàn)利用3mol/L的NaOH溶液在100℃的條件下改性的沸石對(duì)氨氮的吸附能力非常好。利用陽(yáng)離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨對(duì)沸石改性后用作曝氣生物濾池的濾料,既能夠發(fā)揮其吸附磷酸鹽的效果,又有利于聚磷菌附著在其表面進(jìn)行生物聚磷作用,起到雙重除磷的效果。
(3)沸石內(nèi)孔結(jié)構(gòu)改性。用一些離子交換劑改善沸石內(nèi)孔的離子類(lèi)型,使用正離子交換劑進(jìn)行改性是內(nèi)孔結(jié)構(gòu)改性的一種常用的方法,可使沸石內(nèi)孔的位阻變小,內(nèi)擴(kuò)散速度加快,交換容量變大。如天然斜發(fā)沸石和絲光沸石改性為Na+型和NH4+型后,對(duì)Pb2+、Zn2+、Cd2+等金屬離子的選擇性和交換容量都大大提高。