摘要：沸石是一種具有優(yōu)異功能的非金屬礦物材料，本文介紹了沸石的物理特征和處理廢水的機理，并對近幾年沸石在廢水處理應用的研究進展進行了綜合評述，對沸石在廢水處理應用的前景進行了展望。

天然沸石是當今世界各國十分重視的新興非金屬礦產(chǎn)資源，它以優(yōu)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年瑞典礦物學家發(fā)現(xiàn)的。沸石作為一種具有優(yōu)異功能的非金屬礦物材料，在工業(yè)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(yōu)異，因此被廣泛用于石油化工、環(huán)境保護、農(nóng)牧業(yè)、建材工業(yè)、輕工業(yè)及高新技術等領域。

我國地域遼闊，沸石的種類頗多，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個礦種或亞種。我國的沸石以斜發(fā)沸石為主，絲光沸石次之，多數(shù)分布在我國東部和中部地區(qū)。沸石是一種廉價的非金屬礦。開發(fā)利用沸石處理廢水，在我國有巨大的優(yōu)勢。

1、沸石處理廢水的機理

1.1 吸附劑

沸石晶格內(nèi)部構造開放性大，除了有穩(wěn)定的[(Al,Si)O₄]四面體從角頂相互聯(lián)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(jù)有關資料顯示，可達400-800m²/g；且陽離子晶格內(nèi)的負電與平衡陽離子的正電電荷中點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(nèi)的孔穴和通道出現(xiàn)空缺時，沸石對氣體或液體表現(xiàn)出較強吸附性能，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，鋁氧四面體附近需要有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(shù)量的吸附物質(zhì)，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(chǎn)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），使其能得到很大程度的分散，保持高的活性，同時又可減少貴金屬的用量。

2、沸石在水處理中的應用研究

2.1 去除水中氨氮

氨氮存在于許多工業(yè)廢水中，氨氮排入水體，特別是流動較緩慢的湖泊、海灣，容易引起水中藻亡。氨氮還使給水消毒和工業(yè)循環(huán)水殺菌處理過程加大了用氯量；對某些金屬，特別是對銅具有腐蝕性；當污水回用時，再生水中氨氮可以促進輸水管道和用水設備中微生物的繁殖，形成生物垢，堵塞管道和用水設備，并影響換熱效率。利用沸石去除生活污水以及工業(yè)廢水中的氨氮，國內(nèi)外已有較多的研究。沸石構架中有一定的空腔和孔道，決定其具有吸附、離子交換作用。又因為天然沸石是一種較廉價的礦物質(zhì)，成本較其它吸附劑低，再生成本低，再生液經(jīng)吹脫后可重復利用，由此表明沸石是一種較為理想的脫氮吸附劑。

2.2 去除廢水中的重金屬離子

鎘、汞、鉛、鋅等重金屬離子是造成環(huán)境污染、對人體較為有害的物質(zhì)，消除方法有活性炭吸附法、溶劑萃取法和離子交換法等。實驗表明，用沸石特別是用NaOH，HCl和NaCl處理過的沸石處理上述重金屬離子效果較好，被沸石吸附交換的重金屬離子，還可濃縮回收，沸石經(jīng)處理也可再生使用。

2.3 去除水中的氟

氟是電負性較高的元素，是相當活潑的非金屬元素，當氟離子大量存在時，有毒性作用。飲用水中氟的含量過高，容易使兒童患氟斑病和氟骨癥。以優(yōu)良斜發(fā)沸石為原料，研究了用鹽酸、硫酸鋁和高溫方法活化天然沸石的工藝條件。結果表明用活化天然沸石處理后的含氟飲用水，基本可達到國家飲用水標準。

2.4 去除水中有機物

隨著現(xiàn)代工業(yè)特別是有機化工、精細化工以及高分子工業(yè)的迅速發(fā)展，水中的有機污染物呈多樣化、復雜化的特點。對于多數(shù)有機污染物的去除，在目前使用較廣的還是生化法，尤其是吸附法。沸石對有機污染物的吸附能力主要取決于有機物分子的極性和大小，極性分子較非極性分子易被吸附，隨著分子直徑的增加，被吸附進入空穴的機會就逐漸減少。沸石去除水中溶解狀分子物質(zhì)時，吸附起主要作用，而去除水中離子狀污染物時離子交換和吸附兩種行為共同作用的結果，以離子交換為主。

2.5 去除廢水中的放射性物質(zhì)

放射性元素Cs⁺，Sr2⁺，是核裂變產(chǎn)品中的主要成分，通常被排放到廢水中，沸石的熱穩(wěn)定性和抗輻射性使其具有除Cs⁺，Sr2⁺的優(yōu)越性。在原子能工業(yè)中，當放射性廢液中含有這類物質(zhì)時，需要將它們儲存到蛻變?yōu)榉�(wěn)定狀態(tài)后才能排除。天然沸石對銫和鍶有較強的交換去除能力，不受輻射的影響。而且交換了放射性離子的沸石，將其熔化后可使放射性離子固定在晶格內(nèi)，防止其擴散污染。

3、沸石處理廢水的應用前景

沸石在水處理領域的應用，國內(nèi)外學者們已經(jīng)做了比較廣泛深入的研究，沸石是一種天然礦物，具有成本低、處理效果好的特點，在水污染處理中應用可以降低處理的成本；應用沸石的處理設備比較簡單，沸石用于去除氨氮、有機污染物質(zhì)、金屬元素、放射性物質(zhì)、殺菌等都有明顯的效果，可以用于處理廢水，是一種有發(fā)展前途的水處理材料。但是，我國在環(huán)保方面對沸石的開發(fā)利用與國外發(fā)達國家相比起步晚、水平低、速度慢。

目前，我國對沸石礦產(chǎn)資源的開發(fā)仍處于初級階段，應加強沸石在污水處理材料方面的研究，力求開發(fā)新產(chǎn)品，并盡快將其轉化為生產(chǎn)力，以適應社會發(fā)展的需要，使廉價的沸石在環(huán)保方面發(fā)揮更大作用。另外，由于沸石在水處理中的研究與應用越來越多，所以應重視吸附飽和沸石的處置問題，避免造成二次污染。