改性沸石吸附劑對水中污染物的去除效果受其自身性質、環境條件、吸附工藝等諸多因素影響,其中吸附材料自身性質(比表面積、粒徑、功能基團等)和環境條件(pH、溫度、共存離子等)是其吸附效果的主要影響因素。
第一,Zeolite材料的性質。沸石材料的比表面積、孔隙結構、表面活性基團種類、Si/Al、粒徑等都會對水體中污染物的吸附產生影響。吸附劑的比表面積和孔徑分布決定目標污染物與吸附劑表面活性基團的接觸程度,是其吸附性能的關鍵影響因素。
一般而言,吸附劑的比表面積越大,孔腔結構越發達,吸附質更易快速與其活性位點結合進而達到吸附平衡,吸附容量相應增大。部分改性雖然有可能引起孔徑堵塞造成比表面積降低,但是由于活性位點的引入,對目標污染物的吸附能力反而增強。ARANCIBIA-MIRANDA等在沸石表面負載nZVI后,材料的比表面積由31.0m2/g降至29.2m2/g,但是對目標污染物的吸附能力卻提高了約60mg/g。Si/Al可改變沸石孔隙內陽離子含量,影響吸附容量。SHEVADE等研究表明,低Si/Al比的NY6沸石展現出對As(Ⅴ)更好的吸附性能。沸石材料的粒徑亦會影響吸附效果,吸附劑粒徑越小,在水體中越分散,吸附能力越強。
第二,環境條件影響。除吸附材料本身的性質,吸附過程中溶液pH、溫度、共存離子等環境條件也是吸附效果的關鍵影響因素。通過分析最適吸附條件,有利于獲得更好的吸附容量。
(1)PH。根據吸附材料在不同溶液pH條件下吸附性能的差異,可提高改性沸石材料對水體陰離子污染物吸附的特異性。離子化有機污染物在不同pH條件下的存在形態不同,以雙層HDTMA改性沸石吸附苯酚為例,苯酚在pH升高到一定程度時形成陰離子(HDTMA改性沸石對可離子化有機污染物的吸附發生在pH為9.9~10.3),相比中性條件吸附性能(7~8mg/g)提高,當處于有機陰離子狀態,疏水性的苯環指向雙層HDTMA內部與表面活性劑的烷基鏈相互作用,形成相對穩定的結構。
(2)溫度。改性沸石材料對水中陰離子污染物的吸附容量下降,則表明吸附過程為放熱。反之則為吸熱過程。YOUSEF等通過吸附動力學探究吸附材料對水體中陰離子污染物的吸附行為并研究了溫度變化對苯酚去除效果的影響,結果表明,由于反應過程放熱,當溫度由25℃逐漸增至55℃時,吸附量略有下降。
(3)共存離子。共存離子與吸附材料的親和力也是影響改性沸石材料對目標污染物吸附的關鍵因素之一。CAULLET等通過固定床實驗探究了HDTMA改性沸石(SMZ)對水中的NO3–的吸附,發現隨初始NO3–濃度增加或流速加快,其吸附效率降低,與SMZ親和力較高的共存離子(如SO42–、HCO3–)均降低其對NO3–的吸附性能。