改性沸石在废水处理中的应用分析

杨 臻，李培启

（信阳职业技术学院，河南 信阳 464000）

将天然的非金属矿应用于废水处理领域，是新时代生态研究的重点与热点。其中，沸石具有催化性、耐酸性、吸附性、抗毒性和生物活性等一系列物理特性与化学特性，使得其一经发现便引起了广大研究人员的浓厚兴趣。目前，沸石资源已经被广泛应用到兽药、饲料、养殖、环保等领域，尤其是其在废水处理中的研究也不断深入。这就使改性沸石处理成分复杂的生活废水成为可能，使其拥有更为广泛的应用前景。

1 沸石的主要特性

1.1 离子交换性

沸石的空间结构主要是由一个铝原子或者硅原子与四个氧原子构成的铝或者硅氧四面体。在沸石的四面体结构中，如果氧原子中的一些价键没有予以中和，会使整个四面体产生负电，而为了对电中和进行保护，不足的正电荷就会由周围含有正电阳离子的碱土金属离子进行补偿，以实现平衡[1]。但平衡水分子与阳离子非常容易同附近水溶液中的阳离子进行交换，沸石资源的结构在交换后并未遭到破坏，反而使得沸石资源具备离子交换的特性。因此，沸石具有突出的离子交换性。

1.2 吸附性

沸石的晶格内部结构开放性较大，具有架状的铝或硅氧骨干，以及诸多通道与空穴，其中空穴可以经过开孔的一些通道相互连通，从而促使沸石资源的比表面积非常庞大[2]。同时，平衡阳离子含有的正电与阳离子晶格内部含有的负电的电荷中心，在实际空间层面上并非相互重叠，因此分子间有强大的静电吸引力。强静电吸引力与大比表面积使得沸石的吸附性能非常强，特别是对氨氮、二氧化硫等诸多污染性气体的吸附性更强。

1.3 催化性

沸石资源的催化性主要表现为：当特定反应在沸石资源内部的大空穴表面进行寄附时，其实际的反应速度会加快，反应生成的一些新物质又会从沸石的内部结构中扩散并释放，但沸石资源的晶格结构并不会被破坏。从中可以看出，沸石的催化性十分显著。

1.4 热稳定性

沸石的结构由三维铝或硅氧骨架组成，这种独特的结构决定了其具有优质的热稳定性。实际研究发现，在0～300℃的范围内，自然沸石会出现脱水与吸热的现象；当温度达到650℃左右时，自然沸石会开始放热；当温度上升到800℃时，自然沸石依然未出现断裂。因此，沸石资源的热稳定性非常明显[3]。

2 制备改性沸石的具体方法及改性沸石在废水处理中的实际应用

2.1 改性沸石的制备方法

2.1.1 酸改性沸石的制备方法

分别称取10 g粒径为58～120 μm的天然沸石置于0.1 mol/L的盐酸和0.1 mol/L的硫酸溶液中处理24 h，用蒸馏水洗至中性，在室温下恒温振荡30 min（30℃，200 r/min），洗净后于105℃下干燥2 h。

2.1.2 盐改性沸石的制备方法

称取10 g粒径为58～120 μm的天然沸石置于浓度为0.8 mol/L含200 mL NaCl的锥形瓶中，于75℃水浴加热2 h，多次搅拌后抽取滤液，用蒸馏水洗至中性，恒温振荡60 min（30℃，200 r/min），弃去上清液并用蒸馏水冲洗若干次，于105℃下干燥2 h。

2.1.3 有机改性沸石的制备方法

分别称取10 g粒径为58～120 μm的天然沸石置于一定浓度的HDTMA（三甲基十六烷基溴化铵）溶液和CPB（溴代十六烷基吡啶）溶液中，60℃水浴下搅拌2 h，静置冷却至室温后过滤，蒸馏水洗涤4～5次，90℃下烘干，再于105℃下活化2 h，即得到改性的有机沸石。

2.2 改性沸石在废水处理中的应用

2.2.1 HDTMA改性沸石处理废水

研究表明，30℃为HDTMA改性沸石在处理废水过程中的最优吸附温度，1 h则为改性沸石处理废水过程中的最优吸附时长。另外，制备出的HDTMA改性沸石去除废水中的磷酸盐、氨氮与CODCr等物质的功能要远优越于天然的沸石。因此，将HDTMA改性沸石应用于废水处理具有良好的效果。

2.2.2 CPB改性沸石处理废水

通过对改性沸石的制备可以发现，当对20 mL的废水进行处理时，选用0.8 g的改性沸石量效果更佳，要将吸附时长控制在60 min左右[4]。然而，一旦改性沸石的吸附量已经处于饱和状态，其随着吸附时长的增加，会出现解吸现象。所以，通过CPB改性沸石对废水进行处理时，最好用0.8 g改性沸石处理20 mL生活污水，时间控制在60 min的效果最理想。

3 影响改性沸石处理废水的主要因素

3.1 吸附的实际温度

吸附的实际温度对CODCr（化学需氧量）、氨氮和磷酸盐的去除率影响比较显著。譬如，当吸附的实际温度在15℃的基础上不断增加时，改性沸石对废水中的磷酸盐、氨氮与CODCr的去除效率表现出持续上升的态势；当吸附的实际温度控制在30℃时，去除率达到最高值；当吸附的实际温度超过30℃时，去除率表现出下降态势。因此，当吸附的实际温度处于30℃时，改性沸石的吸附量与吸附性能最佳。

3.2 吸附的具体时长

废水中的CODCr对改性沸石的具体吸附时长比较敏感。比如，当改性沸石在废水处理过程中的吸附时长在30～60 min时，去除CODCr的数值表现出递增态势；当吸附时长恰好为60 min时，去除值为最高点；当吸附时长高于60 min时，数值没有较大的变化，但当时长超过70 min后，数值就会逐渐下降。因此，改性沸石在废水处理过程中的最佳吸附时间为1 h。

3.3 投加的沸石数量

处理生活污水20 mL，CPB改性沸石投加量为0.2 g时，CODCr、氨氮和磷酸盐的去除率不高；当投加量为0.8 g时，CODCr、氨氮和磷酸盐的去除率比较大；当改性沸石的投加量变为1.0 g时，CODCr、氨氮和磷酸盐的去除率基本保持不变。因此，处理20 mL生活污水，CPB改性沸石的最佳投加量为0.8 g。

4 改性沸石在废水处理中应用存在的主要问题及其应用前景

4.1 改性沸石在废水处理中应用存在的主要问题

当前，国内外针对改性沸石在废水处理中的应用仍以实验室中的研究为主，对于废水中各种污染物的处理与吸附研究还比较少。而实际生产生活中的废水来源不尽相同，其成分极为复杂，因而需要结合具体状况，确定更为科学的沸石改性方法与再生方法对废水进行处理[5]。由此可见，大力研究成本低、效率高、复合性的沸石改性方法是当前的重要任务之一，同时这也是改性沸石在废水处理中的应用研究重点。

4.2 改性沸石在废水处理中的应用前景

应用改性沸石处理废水具有生态环保、效果好、成本低廉的显著优势，因而改性沸石在废水处理领域的应用前景十分广阔。改性沸石作为全新的水质净化剂，已经逐步从实验室走向工厂与市场，其商品化与工业化特性不断显现。特别是伴随着对沸石的更深入研究，其未来的发展空间必将不断扩大。

5 结语

沸石资源具有较强的吸附性能、催化功能与离子交换作用，并且无味、无毒、天然，同时改性沸石的制备方法比较经济、简单、实用，其去除氨氮的能力非常强，对有机物分子的吸附性能也很高。因此，加强改性沸石在废水处理中的应用研究，不仅有助于发挥改性沸石的环境保护功能，而且能够实现以废治废的重要目标。