天然沸石是由瑞典礦物學家A.F.Cronsted于1756年首次發現的,其具有熱穩定性,耐酸性,耐輻射性,成本低和儲量大等特點。我國的沸石礦產資源豐富,沸石種類很多,如方沸石Na[Si2AlO5]·H2O,菱沸石(Ca,Na)[Si2AlO3]·6H2O,交叉沸石(K2Ba)[Al2Si5O12]·H2O等約40余種。斜發沸石在水處理中使用最為廣泛,該沸石即使在微粒小的情況下,在電解液中也具有較強的穩定性。
沸石是一種水合鋁硅酸鹽礦物。硅酸沸石四面體通過橋連氧而連接,形成多環結構,并在三維空間中形成規則的環形腔,可以吸附和截留不同大小的分子,因此也稱為分子篩。沸石的主要成分是:Na2O,CaO,MgO,Al2O3,Fe2O3、4SiO2、24H2O…斜發沸石,絲光沸石,菱沸石等在水處理領域中廣泛使用。一般來說,沸石應用于污水處理領域包括以下幾個方面:
首先,消除廢水中的氨氮和磷。氨氮廢水的處理技術主要包括生物合成硝化法,離子交換法,空氣蒸汽汽提法,氯化吸附法,化學沉淀法等。天然沸石孔隙率大,比表面積大,選擇性離子交換性強。目前,國內外已經廣泛地研究了使用天然沸石去除城市廢水或工業廢水中的氨氮,其反應原理為:Z-MNH4=Z-NH4M。其中Z-為沸石,M為沸石中的金屬離子。交換容量取決于沸石礦石中的沸石含量,反應溫度和溶液的pH值。通常來說,交換容量隨著溫度的增加而增加,并且隨著交換溶液的pH值的增加而增加。但是,堿性溶液不利于沸石的吸附,因此pH<7.5是合適的。李德勝等人開發的生物沸石反應器可有效去除水中的NH3-N,NO2-N等。生物沸石反應器是一種采用經過特殊處理的顆粒狀沸石作為生物載體的固定式生物膜處理裝置,處理效果較好。
其次,去除并回收水中的重金屬離子。通常來說,比重為5以上的金屬稱為重金屬,當前從冶煉廠,有色金屬礦山和其他化學工業領域中排放的含有重金屬陽離子的廢水會造成環境污染,并對人體造成巨大傷害。實驗表明,絲光沸石和斜發沸石對消除重金屬離子有更好的效果,其可以大大提高用堿處理的沸石的吸附能力,尤其使用0.05mol/LHCl可以濃縮并回收吸附的重金屬離子,并可以用NaOH溶液再生沸石。當pH值大于4時,用沸石處理的污水可以消除大范圍的水環境污染。
由于沸石的廣泛分布和優異的性能,使得沸石在水處理領域的應用具有其他礦物無法比擬的優點和良好的應用前景。同時,作為新型水處理劑,沸石目前在技術上還不夠成熟,需要大量的研究工作才能真正廣泛地使用。我們還應該進行更深入的研究,以找到經濟有效的活化和再生方法,并探索多種聯合技術進行應用。