1765年瑞典礦物學(xué)家Cronstedt在冰島玄武巖杏仁狀孔隙內(nèi)，首先發(fā)現(xiàn)一種白色透明的礦物，因其加熱時出現(xiàn)發(fā)泡沸騰現(xiàn)象，便以希臘文命名為“zeo-lite”，意為“沸騰的石頭”。當(dāng)時沸石因其形態(tài)美觀而被陳列于博物館內(nèi)，直到本世紀50年代末，當(dāng)日本、美國等科學(xué)家發(fā)現(xiàn)沸石礦物是火山沉積巖的主要組分后，引起了世界各國地質(zhì)學(xué)家、化學(xué)家對天然沸石的普遍關(guān)注。目前全世界已發(fā)現(xiàn)天然沸石四十多種，人工合成沸石近兩百種。如今沸石已被廣泛應(yīng)用與建材、造紙、石油化工、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護等部門。本文主要論述了沸石在環(huán)境水處理領(lǐng)域的應(yīng)用狀況和應(yīng)用前景，為進一步挖掘天然礦物在環(huán)境治理中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

沸石的結(jié)構(gòu)和特性

沸石是一族具有連通孔道的呈架狀構(gòu)造的含水鋁硅酸鹽礦物，其基本組成為M((AIO2)a(SiO2)b)·wH20。式中M是堿金屬或是堿土金屬陽離子，n是陽離子價數(shù)，w是水分子數(shù)，a和b是小整數(shù)，a+b是晶胞四面體的總數(shù)，b/a是硅鋁比，一般為1～5。沸石結(jié)構(gòu)可以分為三個部分：鋁硅酸鹽構(gòu)架、構(gòu)架中相互連結(jié)的孔隙(孔道和空穴)、在孔道或空穴中的陽離子和水分子。構(gòu)架中硅氧四面體內(nèi)的硅四價陽離子常被鋁三價正離子置換，出現(xiàn)過剩負電荷，由堿土金屬離子補償，這些補償陽離子與晶格結(jié)合力很弱，具有很高的自由度，活躍在孔道中，使沸石具有優(yōu)良的離子交換性能。構(gòu)架中連通的孔道、孔穴使沸石擁有很大的內(nèi)表面積，特別當(dāng)“沸石水”受熱溢出后，通道和孔穴更加空曠，相應(yīng)內(nèi)表面積更加巨大。而且脫水沸石晶穴內(nèi)部具有很強的庫侖場和極性，表現(xiàn)出強烈的吸附性，加之沸石孔道大小均勻，尺寸固定，形狀規(guī)則，因此吸附具有選擇性，即具有分子篩和離子篩的功能。此外，沸石還具有耐酸、耐高溫、耐輻射等性能。這些物化性能決定了沸石在環(huán)境治理方面必將具有廣泛的應(yīng)用前景。

沸石用于保持土壤水分

中國水資源分布不均，西北地區(qū)及云貴高原等地區(qū)水資源十分匱乏，極不利于農(nóng)作物的生長，如何保持土壤中的水分已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題，使用“保水劑”是目前主要解決土壤貧水的有效方法。天然腐殖質(zhì)是最好的保水劑，屬于親水性多孔膠體，能吸附200％的氣態(tài)水或500％的液態(tài)水，然而天然腐殖質(zhì)產(chǎn)品數(shù)量有限。用高分子親水材料的成本較高，而且高分子材料有二次污染的潛在危險，不符合積極提倡的走可持續(xù)發(fā)展道路的要求。

用5％的沸石與土壤混合，可十分有效地將土壤的保濕性能提高7-8倍，優(yōu)于傳統(tǒng)的具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚丙烯酸材料。沸石本身由硅氧和鋁氧四面體構(gòu)成開放性結(jié)構(gòu)，含有大量的空腔和孔道以及巨大的內(nèi)比表面積，可發(fā)生離子交換及可逆的吸附一脫附水作用。土壤本身的保濕性約3h，美國JRMChemicalDivisionofCleveland公司提供的保水劑，其主要成分為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚丙烯酸，保濕時間約12h，摻加沸石的土壤在相同的條件下，保濕時間可延續(xù)至4-7d。

如果將沸石和高分子親水材料通過組裝、分散等處理之后，制成功能性復(fù)合材料試用在植物根苗附近，就可望形成調(diào)控水含量的小環(huán)境。例如使用聚丙烯酸之類的強吸水劑在雨天盡量多吸附水，再通過植物根系的作用和沸石等各種復(fù)合材料的傳遞，將所蓄水分緩慢釋放。這樣一來就有可能幫助缺水地區(qū)的樹苗成活，進而恢復(fù)植被，防沙治沙。