摘要：綜述了天然沸石的改性方法及其在廢水處理中的應(yīng)用，指出研究中存在的問題，并展望了改性沸石在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
沸石是具有四面體骨架結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽晶體，有較大的表面積，因而有較高的離子交換和吸附能力。但是，天然沸石表面硅氧結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的親水性，且結(jié)構(gòu)外部陽離子易水解，導(dǎo)致天然沸石吸附有機(jī)物的性能很差，并且硅鋁結(jié)構(gòu)本身帶負(fù)電荷，故天然沸石難以去除水中的陰離子污染物。因此，對(duì)天然沸石進(jìn)行改性，提高其對(duì)有機(jī)物和陰離子的吸附能力，能夠使天然沸石更為廣泛地應(yīng)用于水處理領(lǐng)域。
1 沸石改性及應(yīng)用
天然沸石經(jīng)過改性，可以明顯提高其孔隙率及表面活性，提高吸附性能、離子交換性能及交換量等，從而提高其使用價(jià)值。改性沸石包括范圍很廣，從經(jīng)簡單的離子交換處理直到結(jié)構(gòu)完全崩塌而得到的產(chǎn)品都屬改性沸石范圍。
沸石改性技術(shù)有兩種類型：一類是對(duì)沸石骨架元素的改性，另一類是對(duì)非骨架元素的改性。對(duì)骨架元素的改性包括酸堿處理改性等，對(duì)非骨架元素的改性包括離子交換改性、沸石內(nèi)配位化學(xué)、表面活性劑改性等。本文只對(duì)常用改性方法做簡單介紹。
1.1 酸堿處理改性
酸改性，即用無機(jī)酸或有機(jī)酸處理分子篩，使其骨架脫鋁，可使用的酸有鹽酸、硫酸、硝酸、甲酸、乙酸、乙二胺四乙酸等。根據(jù)分子篩耐酸性的差異，采用不同濃度的酸進(jìn)行骨架脫鋁。沸石經(jīng)酸處理改性后，可部分脫除分子篩骨架鋁以及去除孔道中的堆積物種，增加分子篩硅鋁比及比表面積，大幅度提高其疏水性，可提高分子篩的吸附性能。與沸石的酸處理脫鋁一樣，沸石的堿處理也是一種沸石改性的方法，但與酸處理不同的是，沸石的堿溶液處理可以選擇性地脫除沸石中的硅，降低沸石的硅鋁比，改變與沸石硅鋁比相關(guān)的性能。
有人研究了13X沸石分子篩對(duì)飲用水中低濃度NH3-N的吸附性能，包括影響吸附的主要因素、沸石對(duì)NH3-N的吸附效果、沸石的再生效果及沸石對(duì)NH3-N的吸附機(jī)理。實(shí)驗(yàn)表明，用NaOH處理的沸石比未處理的沸石對(duì)NH3-N的吸附效果要好。在pH值為6.5~7.5，吸附時(shí)間為20min吸附溫度為20℃~80℃條件下，沸石對(duì)NH3-N的吸附率接近100%，吸附量可達(dá)16.32mg/g。
1.2 離子交換
廣義地講，離子交換包括沸石骨架內(nèi)的陽離子的交換和骨架外的補(bǔ)償陽離子的交換。骨架內(nèi)陽離子的交換既可以在合成的過程中也可以在合成后進(jìn)行，前者通過沸石合成的一般方法就可以實(shí)現(xiàn)，而后者則要通過特殊的取代反應(yīng)。通常所說的離子交換是指后者，即補(bǔ)償陽離子的交換。沸石骨架外的補(bǔ)償離子一般是質(zhì)子和堿金屬或堿土金屬離子。它們很容易在金屬鹽的水溶液中被離子交換制成各種價(jià)態(tài)的其他金屬離子型沸石。通過用不同大小的陽離子交換天然沸石內(nèi)原有的陽離子，改變陽離子的數(shù)目或在天然沸石的孔口附近交換上新的陽離子等方法可以改變天然沸石孔道的尺寸。被交換進(jìn)沸石的離子也受到沸石內(nèi)強(qiáng)局部靜電場環(huán)境的影響，使離子的化學(xué)行為發(fā)生改變。沸石和陽離子之間的相互影響和相互作用將賦予沸石新的吸附性能。
1.3 沸石內(nèi)配位化學(xué)
沸石分子篩是一類具有不同形狀分子級(jí)孔道和孔洞，性能良好的無機(jī)材料，許多人企圖在其上固載化一些已知的均相催化劑，于是有關(guān)這方面的研究工作受到越來越多的注意，逐漸形成了一種新的沸石改性技術(shù)。
沸石可以被看成是一種“配體”，把它的配位場施加在過渡金屬離子上，且每一種沸石可以被認(rèn)為是一種不同的配體，其性質(zhì)隨孔道內(nèi)陽離子的數(shù)量和位置而變化。沸石也可看成是一種固體溶劑，一些配合物的分子便能被相對(duì)穩(wěn)定地鑲嵌在沸石分子篩孔道內(nèi)。
1.4 沸石表面活性劑改性
有人等發(fā)現(xiàn)，用表面活性劑改性的沸石，特別是用陽離子表面活性劑改性的沸石，在保持原來去除重金屬離子、銨離子和其他無機(jī)物能力的同時(shí)，還可有效地去除水中的含氧酸陰離子，并大大提高了其去除有機(jī)物的能力。常用的陽離子表面活性劑一般為長鏈烷基胺的鹽和季銨鹽。陽離子表面活性劑因親水基帝正電荷，表現(xiàn)出一些特殊的性能，即界面吸附的特殊性。在水溶液中易與帶負(fù)電荷的固體形成強(qiáng)烈的相互作用，形成較緊密的單分子吸附層。當(dāng)陽離子表面活性劑的濃度較大時(shí)，可進(jìn)一步形成二層分子吸附。用表面活性劑改性的沸石具有對(duì)多種不同類型離子的處理能力，使改性沸石處理成分復(fù)雜的廢水成為可能。
2 沸石的再生方法
改性沸石常用的再生方法：一是酸堿洗脫。吸附了廢水中重金屬離子的改性沸石，可用90℃的 飽和氯化鈉溶液解吸已吸附重金屬離子的分子篩，使改性沸石再生；也可用鹽酸濃縮回收其吸附的重金屬離子，再用堿液再生改性沸石。吸附了廢水中的含氧酸陰離子的改性沸石可用酸或鹽溶液洗脫再生。二是高溫培燒。三是蒸汽吹脫。處理廢水中有機(jī)物的改性沸石，可通過灼燒，再用情性氣體的反向吹掃等方式來實(shí)現(xiàn)再生。
3 研究中存在的問題
目前，國內(nèi)外有關(guān)改性沸石處理廢水的研究絕大多數(shù)還僅局限于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，且大多是用來處理水溶液，對(duì)于實(shí)際廢水中污染物的吸附處理研究較少。而實(shí)際污染度水來源不同，成分復(fù)雜，需根據(jù)具體情況確定合理的改性方法和再生方法，這將是改性沸石研究需要解決的大問題。
4 結(jié)語
沸石是一種具有優(yōu)良的離子交換、催化和吸附性能的孔道結(jié)構(gòu)材料，天然、無毒、無味，且對(duì)環(huán)境沒有影響，在污水處理中有著巨大的應(yīng)用潛力。首先，沸石制備方法簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用；其次，沸石具有綜合治理廢水水源的功能；第三，沸石容易再生；第四，沸石無毒、無害耐磨耐蝕，廉價(jià)易得，且有越用越好的趨勢。由于沸石對(duì)氨氨特殊的去除效果及吸附有機(jī)物分子的能力，可用于微污染原水的處理。我國應(yīng)加強(qiáng)沸石在污水處理方面的應(yīng)用研究，使其在環(huán)保行業(yè)發(fā)揮更大的作用，達(dá)到以廢治廢的目的。
