沸石在水处理中应用
第23卷 第1期 重庆建筑大学学报 Vo1.23 No.1 2001年2月 Journal of Chongqing J ̄nzhu Umversity Feb.2001
文章编号:1。06—7329(2001)。1—0¨4一o4
沸石在水处理中的应用
高俊敏, 郑泽根, 王 琰, 豆俊峰
(重庆大学B区应用科学与技术系.重庆400045)
摘要:介绍了天然沸石的结构特 I"1-,在水处理中的应用情况及应用前景,并对今后的研究
I作提出7一些建议。 关键词:天然沸石;吸附}水处理;应用
中图分类号:P61 9.2:1+7 文献标识码:A
沸石是一种天然而价廉的多孔矿物质,可用作催化剂、干燥剂、水质软化剂、吸附剂、离子交换
剂等。工业上常用作分子筛,用来净化气体、石油及废水处理,海水提钾、淡化、硬水软化等。国内外 对沸石的晶体结构、化学物理特性等材料学方面的研究较多,尤其是高硅沸石作为分子筛催化剂在
催化领域的研究应用较多,但在水处理中的应用研究相对较少。本文就沸石的结构特性,在水处理 中的应用情况和应用前景等作简单的介绍。
1沸石的结构及其化学物理特性
沸石是一种含水架状结构的多孔硅铝酸盐矿物质,是沸石族矿物的总称。它包括三十多种含沸 石水的钙、钠以及钡、钾的铝硅酸盐矿物。常见的主要矿物有钠沸石、钙沸石、方沸石、束沸石、浊沸
石、毛沸石、斜发沸石、丝光沸石等,它们含水量的多少随外界温度和湿度的变化而变化。其化学通 式可表示为:(Na,K) ・(Ca,Sr,Ba,Mg……) ・[Ak+ SL一¨ 0 ]・mH 0。其中,z为碱金
属离子个数,Y为碱土金属离子个数,n表示硅铝离子个数之和,m表示水分子数叫。构成沸石骨架
的最基本结构是硅氧(SiO )四面体和铝氧(AIO )四面体。在这种四面体中,中心是硅(或铝)原子,
每个硅(或铝)原子的周围有4个氧原子,各个硅氧四面体通过处于四面体顶点的氧原子互相连接 起来,形成所谓的巨大分子。其中在铝氧四面体中由于一个氧原子的价电子没有得到中和,使得整
个铝氧四面体带有一负电荷,为保持电中性.附近必须有一个带正电荷的金属阳离子(M一)来抵消 (通常是碱金属或碱土金属离子),这些阳离子和铝硅酸盐结合相当弱,具有很大的流动性,极易和
周围水溶液中的阳离子发生交换作用,交换后的沸石结构不被破坏 沸石的这种结构决定了它具有
离子交换性和交换的选择性,而骨架SiO44-被A10。 同晶交换产生的剩余电荷使其具有催化性能。
沸石具有空旷的骨架结构,晶穴体积约为总体积的40 ~5O ,独特的晶体结构使其具有大
量均匀的微孔,孔径大多在1 Iim 下。其均匀的微孔与一般物质的分子大小相当,由此形成了分 子筛的选择吸附特性,即沸石孔径的大小决定可 进入其晶穴内部的分子大小,只有此沸石孔径小 的分子或离子才能进入L2]。与其它多孔物质相比,沸石具有很大的比表面积(400 ̄800 Ira:/g沸
石),仅次于活性炭。与活性炭不同的是活性炭的吸附力完全是色散力,而沸石的强吸附力是色散力 和静电力的加和产生。沸石不仅色散力很大,还有较大的静电力,这是因为孔穴中含有阳离子,骨架
氧含有负电荷,这样,在阳离子的周围形成强大的电场,正是由于这种静电力的关系,使得沸石对极
性、不饱和及易极化分子具有优先的选择吸附作用。如水分子是极性最强的分子,它能与硅铝格架
・收祷日期 2000一O7—0B 作者倚弁:高慢敏(1972--).女,四川省雅安人.硕士生,
主要从事水污染防浩工作 维普资讯 http://www.cqvip.com 蔓 塑 壶堡墼量 璺 垒坐 垄士盟生旦 §
形成氢键,因此,沸石有强烈的吸水性,可做干燥剂。此外,沸石还有耐酸、耐碱、热稳定等性能。
2沸石在水处理中的应用
2.1沸石去除有机污染物 有机污染物是污染水源中的一类主要污染物 沸石对有机污染物的吸附能力主要取决于有机 物分子的极性和大小,极性分子较非极性分子易被吸附,随着分子直径的增大,被吸附进入孔穴的
机会就逐渐减小 含有极性基团如--OH、>c—O、--NHz或含有可极化基团如>c一<,C Hs一等
的有机物分子能与沸石表面发生强烈吸附作用。二氯甲烷、三氯甲烷、三氯乙烷、四氯乙烷、三溴甲
烷都属于沸石易吸附物质之列 四氯化碳分子虽整个分子为非极性,但其直径为0.68~0 69 nm, 可进入沸石孔穴内。而天然水中的氯仿前驱物质腐殖酸或富里酸虽是带有芳香族环基本结构的高
分子有机酸,但因这类分子往往带有--COOH、>c—o、--NH。等强极性官能团而有可能被沸石的 外表面吸附,得以部分去除。其它一些常见的有机污染物如酚类、苯胺、苯醌、氨基酸等,多有极性, 分子直径适中,可望被沸石吸附。何杰等考察了天然沸石对自来水中致色有机物以及水中优先控制
污染物苯酚和苯胺的去除效果,发现将沸石与活性炭配台使用,可弥补活性炭对极性较大的有机小 分子吸附能力差的缺点,将自来水中致色有机物基本去除,且对苯酚、苯胺的去除效果均较好 。目 前正在研制使用的分子筛膜(或沸石膜)处理饮用水中的污染物时,不但可以去除水中的消毒副产
物的前驱物,还可以去除三卤甲烷类的消毒副产物,且分子筛膜的通留和截留特性优于纳滤聚脂
膜
2.2沸石去除氨氮 当水体中氨氮浓度高时,会导致水体富营养化,造成藻类过度繁殖,消耗水中的溶解氧,甚至发 生水华或赤潮,对鱼类和其它水生动物造成毒害,破坏水生态环境。在给水处理中,会使消毒剂的耗 量增大。出厂水中氨氮的存在使给水管网中极易繁殖微生物,形成生物膜腐蚀管道,其氧化的中间 产物亚硝酸盐氮还对健康有害。因此,有效地去除氨氮成为水处理的重要内容之一。采用沸石除氨 即是利用沸石对阳离子的选择性交换能力以及可以再生的特性。据国内外文献报道,由于各种阳离 子的水台半径的差异,斜发沸石对NH. 具有较强的选择吸附能力,其阳离子交换顺序为:cs >
Rb+>K >NH >Sr“=Ra >Ca >Na >Fe”>A1
”>Mg”>Li 。从顺序来看,天然斜发沸
石对铵离子具有较强的选择吸附能力,这主要是NH 的离子半径为2.86^,较容易进入4.ooA 的斜发沸石的孔道的缘故。因此,在上述各种阳离子共存的溶液中,除cs 、Rb 、K 外,优先吸附的
是NH+。目前,国内外工作者对用天然沸石除氪氮已作了较多的研究 ],并对它在污水处理中的 应用条件,再生工艺等进行了生产性试验,建成了一定生产规模的处理厂。例如,美国明尼苏达州的
Rosement污水厂,处理水量为2260 m。/a,先将原水进行一定的前处理后用斜发沸石进行离子交
换,处理后的水氯氮去除率达到95 以上。日本也将斜发沸石用于从工厂废水、养鱼池水中除氮。 我国对斜发沸石除氮尚处于研究阶段,还未建成生产规模的处理厂 上海石油化工总厂环保所沸石
小组将腈纶厂污水和污水厂的混合废水经实验室砂滤后,作为原水用沸石进行处理,发现晴纶厂污
水氪氮去除率大于88 ,而污水厂混合废水氨氮去除率达94 。 对斜发沸石的离子交换过程影响较大的因素主要有:pH值、交换温度、水力负荷率、沸石粒径、
污水组成和交换床高度等。此外,沸石的预处理对沸石离子交换性能有较大的影响。因此,在利用
斜发沸石除氨氮时,需要通过试验确定斜发沸石除氨氮的最佳工艺条件。
2.3沸石降氟 高氟水在我国分布非常广泛,对人体危害甚大。地方饮水型氟中毒即是由于长期饮用高氟水而 引起的一种慢性病。因此改善水质,饮用适宜含氟水是预防地方性氟病发生的根本措施。目前,降 氟方法很多,但均存在一定的弊端,在实际中难以推广使用。而一种新型的降氟材料——活化沸石 维普资讯 http://www.cqvip.com 重庆建筑大学学报 第23卷
正越来越受到人们的关注 天然沸石本身除氟的能力甚低,它只靠沸石本身含有Al”吸附作用。所以,在用天然沸石除氟
前须先对其进行活化处理。天然沸石经一系列物理化学方法预处理活化后,对氟离子具有高选择交 换性能,吸氟后的沸石可用解吸剂再生,反复使用。沸石除氟机理如下 J:
活化处理后的沸石形态为:R—K・AI(OH)SO (R——表示沸石骨架)
沸石交换吸附反应为: R—K・AI(OH)SO +2F+x R—X・AI(OH)F。+K +so ̄- (1)
吸附沸石解吸再生反应式为: R—X・Al(0H)F2+K +Al抖+S0} R—K・AI(OH)SOI+X・Al(0H)F2 (2)
式(1)和(2)中x表示水中Ca”、Mg。 等二价离子。 目前,我国工作者在利用沸石降氟方面做了许多试验性的工作 一 ,发现沸石除氟有很多优 点:可对含氟量不同的原水,有效地除氟,使处理后的水质澄清、透明,含氟达到国家饮用水标准,且
处理成本低,装置简单,管理方便,再生简易。 2.4沸石软化水,去除水中重金属离子 沸石本身格架结构特征和配位键的不平衡决定了沸石能作为阳离子交换剂使用。将天然沸石
用食盐水改型处理后完全可以作硬水软化的离子交换剂。据体积效应,沸石中的Ca”、Mg 等二价 离子被Na+还原置换后,由于小离子Na 通过沸石内部通道和窗孔时,空间位阻小,比较容易进入 通道,并向通道内扩散,且内扩散速度较快,这就使沸石具有更大的离子交换能力和软化水的功能。 王志贤等利用独石口天然沸石软化水的试验表明,经沸石处理后的一次软化水的质量已完全 符合工业锅炉和一般生产部门使用软水标准,技术经济指标都已达到或超过磺化煤离子交换剂的 水平 。河北张家口七一化纤厂和浙江缙云七二六矿利用天然拂石软化硬水的试验也取得了较好 的效果。 利用沸石的离子交换性能还可用于海水淡化及去除水中的重金属离子,许多试验均表明沸石 具有综台治理污染水源的功能,它能同时去除水中浊度、色度、重金属离子、三氮、酚、油类及其它有 机物 2.5沸石作滤料 天然沸石的表面粗糙,比表面积大,吸附能力强,视比重小,属于天然轻质滤料。可用来去除悬 浮物、藻类等,降低出水浊度,我国大同曾采用沸石生物滤池处理城市污水处理厂的出水,使之达到 回用的目的 法国的Sular滤池装有三层滤料,最上一层是比重为1.2,粒径为2.5~3.5mm的沸 石。不过,天然沸石作为滤料,其破碎磨损率较大,使用前需经过一定的预处理以提高其强度
3沸石的再生及在水处理应用中的前景
3.1沸石的再生 当沸石的交换能力或选择吸附容量达到饱和后,就必须对沸石进行再生处理,以恢复其交换能 力。饱和失效后的沸石可用物理或化学方法再生。沸石的再生方法,国内外常用的有氯化钠、氢氧 化钠、氢氧化钙、蒸汽、
酸液等方法。可以根据不同的原水水质情况,确定不同的再生方法和再生工 艺。如处理含油及有机物过多的水时,可用加热方法把失效的沸石在5oo~600 ̄C灼烧而达到再生 目的,热再生后沸石的各种损失率之和不足5 ;而处理 氨氮或重金属离子为主帕污染水时,可
用3 ~5 的NaC1或NaC1的酸性溶液即可达到再生目的。 3.2沸石在水处理中的应用前景 拂石是一种天然的、无毒、无味且对环境没有影响的吸附剂。用活化沸石处理微污染水具有很 多其它方法无法比拟的优点:活化沸石价格便宜;耐酸耐碱,热稳定性能好;具有综合治理污染水源 的功能,去除污染物质的性能稳定可靠,失效后容易再生;设备运转方便,特别适用于中小型水处理 维普资讯 http://www.cqvip.com
新型环境友好材料——沸石在水处理中的应用
20O7年第33卷第3期 March 2O07 工业安全与环保 Industrial Safety and Envinmmental Protection ・ 19・
新型环境友好材料——沸石在水处理中的应用
冯岩 于衍真2邱立平2
(1.济南大学化学化工学院济南250022;2.济南大学土木建筑学院济南25 ̄z2)
摘要沸石由于具有较好的吸附性、离子交换性、催化性、耐酸性和热稳定性,在水处理中能够有效地去除水中的氨
氮、有机污染物、重金属离子、氟、磷和含氧酸阴离子,并且在使用和处理过程中不会对环境造成二次污染,是一种环境友好 水处理材料。结合沸石的结构和性能特点,综述了沸石在水处理中的应用,总结了在应用方面存在的问题,并展望了沸石作 为曝气生物滤池填料的研究方向。 关键词沸石水处理环境友好材料吸附滤料
The Application ofZeolite in the Water Treatment‘——New Type ofEnviromneat——fi-iendly Material FF2qGYanI YUYan—d1dl2 QIU Li—ping2
(1.&hod of 咖and c^ 驴咖,J/nan u,i ̄/ty J/nan 25O022) Abstract Zeoliteis∞e kind 0fnew style environment—fiiondlymaterial witIl characteristics 0fabsorption,ion骶chan萨,calalysis,acid— resistance andthermal stability,which caII effectivdyIIlnlOV ̄ILWRllonia nitn ̄gon,oi'g ̄lnic c0硼p s,heavy raetah,fluorides,p.10印I啪 and acid anion containing oxygen and won’t bring shout sec0rId8Iy pollution in the c嘎lIse.In IIigNll ̄lllnce with its structural and pntmrty
天然沸石在水处理中应用的中试研究
2008年6月 天然沸石在水处理中应用的中试研究
天然沸石在水处理中应用的中试研究
吴国荣 邓慧萍2 邹 哲
(1.上海市政工程设计研究总院,上海200092;2.同济大学环境科学与工程学院,上海200092;
3.上海复旦规划建筑设计研究院,上海200433)
摘要:本中试主要研究天然沸石应用于微污染水源水中氨氮去除的各种影响因素和再生
条件。试验结果表明:试验中所用缙云沸石对有机物的处理能力有限,对氨氮的去除率受
进水浓度影响很大。在进水氨氮浓度较低时,可能出现氨氮的反吐现象。此时若以出水
氨氮浓度为沸石交换终点,就造成了沸石交换容量的浪费,建议后续设置生物活性炭工
艺,保障出水达标,延长沸石工作周期。在保证一定接触时间的前提下,采用10—16m/h
的流速,对氨氮的去除效果相差不大。沸石再生可采用流动再生方式,试验中沸石再生的
参数:pH值为11,6%NaCI,流速为5m/hr,再生时间为2小时左右,再生速度快,效果好。但
综合考虑经济性、实用性,可适当降低流速,同时适当延长再生时间。
关键词:沸石 水处理 氨氮 有机物 再生
1项目背景
为了全面提高供水水质,保障人民身体健康,国家
标准委和卫生部于2006年12月29日联合发布了《生 活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006),其中氨氮的标准
为0、5mgNH3/L。 本中试研究采用的原水取自以某运河为水源的水
厂滤后水。多年检测结果表明,该水源受到区域内工
业排放污染,原水水质较差,运河水源水主要超标指标
中氨氮值最高达10NH /L以上。此外,运河在冬季枯
水期时,水中氨氮浓度出现升高现象。
目前污水处理及给水处理中的脱氨主要依靠生物
法,而生物法占用场地大,投资大,冬天生物无法取得
良好的脱氮效果。而本中试原水在冬季枯水时期含氨 量较高,沸石的离子交换吸附作用正能很好地解决这
2.3水质分析项目及方法
表1水质分析项目及方法 个问题。
沸石在水处理中的应用
第31卷第9期 2006年12月 环境科学与管理 ENVⅡ oNM暇NTAL SClENCE AND MANAGEMENT VoL 3l Nn 9 D∽.2Oo6
文章编号:1673—1212(2006)09—0106—03
沸石在水处理中的应用
谢红刚 ,王三反 ,褚润
(1.2.3兰州交通大学环境与市政工程学院,廿肃兰州730070)
摘要:本文介绍了中国沸石的种类厦其分布概况,以产自甘肃省白银市的斜发沸石为研究对象,对其化学组成厦分子晶格 形式作了较为详尽的阐述,经实验室检测出其化学组成及物化指标,且对沸石作为吸附刑、离子交换刑、催化荆处理废水的作 用机理进行了深入的探讨,对于天然沸石改性进行了实验研究,得出采用氯化钠溶液对天然沸石改性的效果比较理想,改性 溶液的最佳浓度为0.9tool/1 研究沸石在沸水处理领域中的应用,分析了沸石处理各类废水的机理,并对沸石处理废水的前 最进行了展望。 关键词:沸石;水处理;吸附;离子变换 中图分类号:X754 文献标识码:A
引言 1 沸石的结构特征及物化组成
沸石为…种天然而廉价的多孔性非金属矿物质,是结 晶阴离子型含水的碱土或碱金属铝硅酸盐…。沸石可分
为天然沸石和人造沸石两大类。天然沸石具有耐高温、耐 酸(碱)性、耐辐射、机械强度大、以及成本低、储量大等特 点。中国幅员辽阔,沸石种类多达l3个矿种或亚种,其中 以斜发沸石为主,丝光沸石次之,多数分布在中国东部和 中部地区。沸石的用途十分广泛,可以做催化剂、水质软 化剂、干燥剂、离子交换剂、吸附剂等。工业上常用作分子 筛,用来废水处理、海水淡化、硬水软化、净化气体等,尤其 是高硅沸石作为分子筛催化剂在催化领域的研究应用较
多。开发和利用沸石处理废水,在中国具有巨大的潜力, 本文将着重进行讨论。 沸石的化学式可以表示为:[( a ,K ,ca,Ba)(Al,
si)02] ・nH20。成分中(2Na,2K,Ca,Ba):2A1:2Si=1: I:1,0:(Al,Si)=2:l是恒定的。由化学式可以看出,沸 石的化学成分由SiO:、A1:0,、H O和碱或碱土金属离子四 部分组成。构成沸石结晶阴离子型架状结构最基本结构 单位是硅氧(SiO )四面体和铝氧(AIO )四面体。在这种
沸石粉的用途和用量
沸石粉的用途和用量
沸石粉是一种由天然沸石矿石经过研磨加工而成的细粉末状物质。沸石粉具有较高的孔隙度和吸附性能,因此在许多领域都有广泛的应用。本文将详细介绍沸石粉的用途和用量。
1.土壤改良剂:
沸石粉适用于各种类型的土壤,能够提高土壤的保水性、透气性和保肥性。它能够吸附和释放水分,调节土壤水分含量,减少土壤固结,增加土壤孔隙度。此外,沸石粉还能提供微量元素,改善土壤的肥力,促进植物的生长。
用量:
通常在土壤中添加沸石粉的用量为每亩100-200公斤。具体用量可根据土壤类型、作物需求和土壤改良效果进行调整。
2.饲料添加剂:
沸石粉可用作饲料添加剂,主要用于禽畜饲料中。它能够吸附和固定氨氮,减少禽畜排泄物中的氨气释放,改善环境气味,减少氨气对禽畜的刺激。另外,沸石粉还能吸附饲料中的霉菌毒素,保证饲料的安全。
用量:
将沸石粉直接加入禽畜饲料中,每吨饲料添加量通常为20-50公斤。具体用量可根据不同禽畜的需求和饲料的成分进行调整。
3.污水处理剂: 沸石粉具有较高的吸附能力,能够有效去除水中的重金属离子、有机物和氨氮等有害物质。它广泛应用于城市污水处理、工业废水处理和农村生活污水处理等领域。
用量:
沸石粉在污水处理中的用量通常为每千立方米污水添加10-30公斤。具体用量可根据污水的水质和处理效果进行调整。
4.环境净化剂:
沸石粉具有良好的吸附性能,能够吸附空气中的有害气体和异味,如甲醛、苯、氨气等。因此,它常用于家居装修、汽车内饰和空气净化设备中,改善室内空气质量。
用量:
将适量的沸石粉放置在室内或使用专用的沸石过滤器进行空气净化。具体用量可根据空间大小和污染程度进行调整。
5.养分载体:
沸石粉具有良好的离子交换能力,可作为养分的载体。它能够吸附和释放植物所需的养分元素,为植物提供稳定的营养供应。因此,它常被用于植物栽培中,提高植物的养分吸收效率。
用量:
将适量的沸石粉与土壤混合或置于植物根际,每平方米使用量通常为100-200克。具体用量可根据植物的需求和沸石粉的含量进行调整。
天然沸石在水处理中的应用
・66・ 广州化工 2006年34卷第5期
天然沸石在水处理中的应用
徐新华,何杰,刘小珍,马允
(安徽理工大学化工系,安徽淮南232001)
摘 要:对天然沸石的概况和性质作了简单的概括,并对国内外在利用天然沸石处理污水中的有机物、氨氮、重金属,
饮用水中除氟以及沸石在滤池中的净水作用作了归纳和总结。同时,对天然沸石在水处理中的应用前景作了初步的展望。
关键词:天然沸石;重金属;有机物;氨氮;放射性物质
Application of Natural Zeolite in Wastewater Treatment
XU 7/一hua,HE fie,LJU Xiao-zhen,MA Yun
(Department of Chemical Engineering,Anhui University of Science
and Technology,Huainan 23200 1,China)
Abstract:A brief summary of natural zeolite was introdueted,and summed up ability of the rmtural zeolite
at home and abroad to deal with the organic matter,ammonia nitrogen,heavy metals,radioactivity matter from
waste water and the fluorine from drinking water.At the same time,the purified action of the zeolite in filter
was generalized.In the end,the application prospect of natural zeolite in wastewater treatment was expected un—
沸石的结构特征及在给水处理中的应用
净水技术 WATER PURIFICATION TECHNOLOGY Vo1.26 No.2 2007
沸石的结构特征及在给水处理中的应用
王云波。谭万春 (长沙A.x-大学,湖南长沙410076) 摘要在论述沸石结构的基础上。讨论了利用沸石的吸附和离子交换性质去除水中有机物、氨氮、氟离子及硬 水软化技术,并提出生物沸石法将使沸石的应用更加广泛。沸石将为过滤和生物过滤提供一种新的材料。 关键词沸石吸附有机物氨氮氟离子 Study on the Structure Character of Zeolite and its Application in Water Treatment Wang Yunbo,Tan Wanchun (C}嘲 University ofScience and Technology,Chaagsha410076,China) Abstract Based on the structure of zeolite,this paper discussed the properly of zeolite used to remove organic corn- pounds,NH3-N,fluoride ion in water,and in hard water softening for it'S adsorption ability.Zeolite Can also be used as a media for filtration and bio—filtration. Key words zeolite adsorption organic compound ammonia nitrogen fluoride ion
沸石是一种天然矿石,价廉易得,由于其多孔性 结构使得其具有较强的吸附和离子交换性能。近年 来,沸石在处理不同水质上有一些报道,本文在着重 论述沸石结构的基础上。探讨了沸石的吸附机理和 沸石的化学改性和沸石与生物膜法及其它过滤材料 等的应用。指出沸石作为一种新型的吸附过滤材料 在水处理领域的应用前景。 1 沸石的结构特征 沸石是一种架状构造的含水铝硅酸盐矿物,主 要含有Na、Ca以及少数Sr、Ba、K、Mg等金属离子。 沸石的化学组成,通常用下式表示: (Na,K) (Mg,Ca,Sr,Sa)y{A1( +2 iH 】O 】・mH20 式中Al的个数等于阳离子的总价数:0的个 数为AI和 总数的2倍 沸石的密度为1.92—2.80g/cms,莫氏硬度为5— 5.5,无色、肉红色、淡绿色或其它颜色。沸石具有多 孑L性、筛分性、离子交换性、耐酸性及对水的强结合 性。 沸石的结构一般由三维硅(铝)氧格架组成,其 基本单元是以硅为中心和周围四个氧离子排列而成 的硅氧四面体[SiO ]【 1,如图1所示。 基金项目:湖南省教育厅科研项目 硅离子处于四面体的中心,四个氧离子处于四 面体的四个顶角。硅氧离子之间的距离约为1.6埃, 氧与氧离子之间的距离约为2.86埃。 硅氧四面体只能通过角顶互相连接构成硅氧四 面体群。位于公共顶角上的氧离子为相邻的四个硅 氧四面体所共有,它的负二价电荷被相邻的两个四 面体中心的硅原子中和,因此,角顶的氧离子在电性 上是不活泼的,为惰性氧。每个硅氧四面体中硅与氧 之比为1:2,硅离子被顶角上的四个氧离子(各以负 一价)所中和,故电价为0。
沸石改性及其在废水处理中的应用
科技情报开发与经济 SCI—TECH INFORMATION DEVELOPMEN'I’&ECONOMY 2008年第l8卷第1期
文章编号:1005~6033(2008)01—0131—02
沸石改牲及其在废水处理中的应用
陈婷婷,王增长
(太原理下大学环境科学与T程学院,山两太原,030024)
摘要:综述了天然沸石的改性方法及其在废水处理中的应用,指出研究中存在的问
题,并展望了改性沸石在水处理领域的应用前景。
关键词:沸石改性;废水处理;吸附作用 中图分类号:X703 文献标识码:A
沸石是具有四面体骨架结构的硅铝酸盐晶体,有较大的表面积,因 而有较高的离子交换和吸附能力。但是,天然沸石表面硅氧结构具有极
强的亲水性,且结构外部阳离子易水解,导致天然沸石吸附有机物的性 能极差,并且硅铝结构本身带负电荷,故天然沸石难以去除水巾的阴离 子污染物。闲此,对天然沸石进行改性,提高其对有机物和阴离子的吸附 能力,能够使天然沸石更为广泛地应J}}{干水处理领域。
1沸石改性及应用
天然沸石经过改性,可以明 提高其孑L隙率及表面活性,提高吸附 性能、离子交换性能及交换量等,从而提高其使 价值。改性沸石包括范 嗣很广,从经简单的离子交换处理直到结构完全崩塌而得到的产品都属 改性沸石范嗣 。。 沸石改性技术有两种类型:一类是对沸石骨架元素的改性.另一类 是对非骨架元素的改性。’对骨架元素的改性包括酸碱处理改性等,对非 骨架元素的改性包括离子交换改性、沸石内配位化学、表面活性剂改性 等。本文只对常用改性方法做简单介绍。 1.1酸碱处理改性 酸改性,即刖无机败或有机酸处理分子筛,使其骨架脱销,可使J【}j的 酸有盐酸、硫酸、硝酸、甲酸、乙酸、乙二胺四乙酸(H4EDTA)等。根据分子 筛耐酸性的差异,采用不同浓度的酸进行骨架脱销。沸石经酸处理改性 后,可部分脱除分子筛骨架铝以及去除孑L道巾的堆积物种,增大分子筛 硅铝比及比表面积,大幅度提高其疏水性,可提高分子筛的吸附性能。与 沸石的酸处理脱铝一样,沸石的碱处理也是一种沸石改性的方法.但与酸 处理不同的是,沸石的碱溶液处理可以选择性地脱除沸石中的硅,降低 沸石的硅钳比,改变与沸石硅销比相关的性能 。 白峰、马鸿文等人研究了13X沸石分子筛对饮用水巾低浓度NH 一N 的吸附性能,包括影响吸附的主要 素、沸石对NH,一N的吸附效果、沸 石的冉生效果及沸石对NHrN的吸附机理。实验表明,用NaOH处理的 沸石比未处理的沸石对NH3-N的吸附效果要好。在pH值为6.5~7.5,吸 附时间为20 min,吸附温度为2O℃~3O℃条件下,沸石对NH 一N的吸附 率接近100%,吸附量可达l6.32 mg/g。 郑礼胜等将天然沸石经朋HCI及干燥等改性处理后,表面积明 增 加,从而提高了它的吸附能力, 对改性沸石处理含铅废水进行了试验 研究。结果表明,存废水【】H值为4 l2,Pb’+质量浓度为0tn L ̄100Ill 范 嗣内,按m(铅):m(改性沸石)=l:200投加改性沸石进行处理.铅去除牢 在98%以上 。 1.2离子交换 广义地 ,离子交换包括沸石骨架内的阳离子的交换和骨架外的补 偿阳离子的交换。骨架内阳离子的交换既可以在合成的过程巾也可以在 合成后进行,前者通过沸石合成的一般方法就可以实现,而后者则要通 过特殊的取代反应: 通常所说的离子交换是指后者.即补偿阳离子的交 换。沸石骨架外的补偿离子一般是质子和碱金属或碱土金属离子 它们 很容易在金属盐的水溶液巾被离子交换制成各种价态的其他金属离子 型沸石。通过用不同大/l',f19阳离子交换天然沸石内原有的阳离子,改变 收稿E1期:2007—11—30
生物沸石在水处理中的应用
第25卷 第3期 2007年5月 市 政 技 术 Municipal Engineering Technology Vol-25 No.3 May,2007
文章编号:1009—7767(2007)03—0187一O3
生物沸石在水处理中的应用
刘金香,娄金生,陈春宁
(南华大学建筑工程与资源环境学院,湖南衡阳421001)
摘要:论述了生物沸石在微污染水和污废水处理中的应用,并探讨了生物沸石去除水中污染物质的机理及影响因素。 沸石作为一种新型生物载体用于水处理领域.能有效地去除水中各种形态的氮和有机物等污染物质。 关键词:水处理;生物沸石;影响因素;去除机理;应用 中图分类号:X703.1 文献标识码:B
Application of Biological Zeolite in Treatment of Water and Sewage
LIU Jin-xiang,LOU Jin-sheng,CHEN Chun-ning
生物沸石是以沸石为载体.利用沸石载体上生长 的高质量浓度生物膜.借助微生物的生物降解作用和
沸石的吸附作用去除水中的有机物、氨氮等污染物 质。天然沸石是含水多孑L硅铝酸盐的总称,具有良好
的吸附和离子交换性能。而且沸石孑L隙率高,比表面 积大.表面粗糙【”.对极性分子和细菌有富集作用,是
一种比较理想的廉价生物载体和吸附剂,沸石作为一
种新型的生物载体(形成生物沸石)应用于水处理领 域.不仅能同时发挥沸石的吸附性能和沸石载体上的
微生物作用,而且沸石载体上富集的微生物能使沸石 不断得到生物再生.从而能提高反应器的性能闭。因此,
生物沸石在水处理领域的应用研究已越来越广泛。 1 生物沸石在微污染水处理中的应用
生物沸石用于微污染水源水的处理不仅能有效
去除微污染水中的有机物、氨氮.而且对水中的铁、 锰、藻类等也有较好的去除效果.李德生等人进行了
生物沸石反应器处理微污染水的模型试验研究.结果 表明:生物沸石反应器具有和生物活性炭、生物陶粒
天然沸石在水处理净化中的应用研究进展
科技情报开发与经济 SCI/TECH INFORMATION DEVELOPMENT&ECONOMY 2006年第16卷第1期 文章编号:1005—6033(2006)01-0149-02 收稿日期:2005~12—06 天然沸石在水处理净化中的应用研究进展 何积秀 ,吴彼z,李华: (1I浙江大学环境与资源学院,浙江杭州,310029;2.山西大学环境与资源学院,山西太原,030006) 摘要:天然沸石具有比较大的表面积、优良的离子交换性能和吸阳性及其丰富的储 量,低廉的成本而在环保领域中得到了广泛的应用并取得了许多新的研究成果。介绍 了近年来天然沸石在环境保护中的应用研究的一些主要进展。 关键词:天然沸石;水处理;环境保护 中图分类号:X703.1 文献标识码:A 沸石可分为天然沸石和合成沸石两大类。人工合成沸石主要用作催 化剂,其应用研究已经较为深入。天然沸石是1756年瑞典矿物学家A.F. Cronsted首先发现的,因其具有优于合成沸石的热稳定性、耐酸性、耐辐 射性。以及成本低、储量大等特点,已成为当今世界各国极为重视的新兴 矿产资源,并越来越受重视h]。我国是一个天然沸石资源丰富的国家。现 已发现的天然沸石产地主要分布在我国21个省市、自治区,共有沸石岩 石产地150多处。据不完全统计,目前沸石年产量在800万t左右。 沸石是沸石族矿物的总称,在地壳中分布广泛。是一种含水的碱金 属或碱士金属的架状结构的硅铝酸盐。现已发现的天然沸石约4o多种. 常见的有:斜发沸石、毛沸石、丝光沸石、辉沸石、片沸石和菱沸石等。其 内部含有许多孔穴和通道。沸石具有巨大的比表面积(400 m 一800 m"/g), 且沸石构架上的平衡阳离子与构架结合得不紧密,极易与水溶液中的阳 离子发生交换作用,因而沸石具有良好的吸附、交换性能。 l废水中氨氮的去除 氨氮污染的来源很多,且排放量大。氨态氮是水相环境中氮的主要 形态,是水体富营养化和环境污染的一种重要污染物。含氨氮废水的处 理技术主要有生物合成硝化法、离子交换法、空气蒸汽汽提法、氯化及吸 附、化学沉淀法等。沸石具有大的比表面积和可交换的层问阳离子。因而 具有较好的吸附和离子交换性能 w1。蒋建国 进行了沸石吸附法去除 垃圾渗滤液中氨氮的研究,发现沸石对氨氮具有较大的吸附量,在平衡 浓度相当高的情况下,1 g沸石具有吸附15.5 g氨氮的极限吸附潜力。 张曦等¨ 研究结果显示,随着氨氮浓度的增大或温度的升高,沸石 吸附量上升,最大可达11.5 r¨g/g;沸石吸附的初始阶段(O h一8 h),沸石吸 附量随时间显著上升,此后趋于平缓;在不同阳离子共存的情况下,K+可 使沸石吸附量降低50%以上;HCI溶液对氨氮解吸的效果好于NaCI溶 液,解吸率最高可达到60%;沸石吸附的氨氮在硝化细菌作用下可转化 为硝氮,溶液中硝氮浓度120 h后可达9 mg/g,在总氮中比率达到27%。 沸石对氨氮的去除率亦同沸石的种类有着密切的关系。 singh 】对比了zsM_-5,13x,5A等3种由印度联合水泥公司生产的 沸石分子筛对焦炭厂废水中氨氮的吸附效果,试验结果表明,13x沸石分 子筛是效果最好的吸附剂,在原水氨氮浓度为350 ms/L时,zsM一5,5A, 13x等3种沸石分子筛吸附60 rain后的NH ̄-N吸附容量分别为8 mg,g, 14mg,g与31mg/s。 此外,沸石和其他方法相结合可有效地去除废水中的氨氮。麦穗海 在传统A/O或SBR工艺的基础上投加沸石粉进行强化生物脱氟,吸附 饱和的沸石粉利用微生物进行再生,形成了沸石强化生物脱氮工艺。实 验结果表明,沸石粉可在生物池中累积达到一定的平衡浓度;在常温下 沸石粉对过量氨氮选择吸附的优势无法发挥,但在低温时可以保证处理 出水中氨氮浓度达标。 2废水中磷的去除 目前.我国和大多数国家城市污水处理的方法主要是二级生物处理 法,但由于二级生化处理对水中共存的氮、磷只有部分去除,大部分氮、 磷将最终排人地表水等受纳水体,致使这些水体中的氮、磷含量不断累 积,进而造成水体富营养化。国内外常用的除磷方法主要是:沉淀法、生 物法,吸附和离子交换法。应用新型吸附材料沸石进行的吸附和离子交 换处理法由于其占地面积小、工艺简单 操作方便、适用范围广,正倍受 人们关注。 肖举强等 ]室内模拟配水和实际废水试验表明,沸石除磷材料是一 种优良除磷吸附剂,它能在较广的pH值范围内有效去除废水中的磷。该 材料对磷酸氢二钾的处理效果最佳,其次是磷酸二氢钾、焦磷酸盐,其除 磷效果要优于常用除磷剂硫酸铝和聚铝。 3废水中重金属的去除 天然沸石是去除铜、汞、铅和锌等重金属离子的一种新型的廉价离 子交换剂。陈国安e 等的研究表明:沸石可有效去除Pb ,cu ,zn ,cd: 和H 。特别是用NaOH.HC1和NaC1处理过的活化沸石,其吸附交换性 能可显著提高。沸石吸附交换下来的重金属离子,还可浓缩回收,沸石经 处理也可再生使用。 天然斜发沸石对多种重金属离子都具有良好的吸附或交换性能,是目 前处理低浓度、大水量的混合电镀废水应用较多且效果较好的吸附剂。我 国利用斜发沸石吸附法处理重金属废水已有成功的经验和定型的设备。 Zorpes[删等用天然斜发沸石处理城市污水处理厂产生的剩余污泥中所含 重金属离子,当沸石质量占干污泥量2O%一25%时,可以去除100%的锅、 10%~15%的铬、28%--45%的铜、41% ̄47%的铁、24%的锰、50% ̄55%的铅和 镍及40% ̄46%的锌,并且可以使干污泥量减少300/0 ̄40o/0。 由中国地质大学(北京)材料科学与工程学院研制的利用沸石分子 筛净化含重金属废水并回收金属技术是采用以天然矿物为原料合成的 13x沸石分子筛,通过吸附一离子交换作用,除去废水中的cu,Ph,zn, cd,№,Cr,Mn等重金属离子,达到净化废水的目的 。 天然沸石由于具有良好的吸附性及离子交换性在去除或回收废水 中的重金属元素方面得到广泛的应用。郑礼胜 等研究了山东胶州沸石 处理Ni。 废水,发现在废水pH≥4时,按镍,沸石质量比为1:800投加沸 石,Ni 去除率太于99%,出水可达标排放。吴平宵_】 等用斜发沸石进行 锌吸附实验,发现沸石对锌的等温吸附线呈Langmuir型,且吸附锌后水 解很少。 目前,大部分研究都集中于沸石或改性沸石对重金属阳离子的吸 附,对阴离子型含重金属化合物的吸附研究工作进行得很少。由于天然 沸石表面带负电荷。对阴离子铬化合物的去除效果不理想,必须对沸石 进行改性。谢晓风等 用季铵 表面活性剂改性沸石,研究了新制备的 有机沸石吸附水中重铬酸根阴离子的性能。结果表明,改性后的有机沸 石吸附处理水中重铬酸根阴离子的效果很好.有良好的应用前景 ]。 4废水中有机污染物的去除 由天然沸石的结构特点决定了它的内表面只能吸附一些较小的有
沸石与水中有机物的吸附机理
沸石与水中有机物的吸附机理
沸石是一种天然的矿物质,具有微孔结构和高度的吸附性能,可以有效地吸附水中的有机物。其吸附机理主要包括物理吸附和化学吸附两种方式。
1. 物理吸附
沸石具有微孔结构,孔径大小在0.3-2.0纳米之间,这种微孔结构使得沸石具有极高的比表面积和孔容量,能够吸附水中的有机物分子。物理吸附是指有机物分子在沸石孔道内的吸附行为,主要是由于沸石表面的静电作用、范德华力和毛细作用等因素所引起的。
2. 化学吸附
沸石表面具有一定的化学活性,能够与有机物分子发生化学反应,形成化学键,从而实现有机物的吸附。化学吸附是指有机物分子与沸石表面上的活性位点发生化学反应,形成化学键的吸附行为。
总的来说,沸石与水中有机物的吸附机理是一种综合作用,既包括物理吸附,也包括化学吸附。在实际应用中,沸石的吸附性能受多种因素的影响,如沸石的孔径大小、表面性质、水中有机物的种类和浓度等。因此,在使用沸石进行水处理时,需要根据实际情况选择合适的沸石材料和操作条件,以达到最佳的吸附效果。
