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1、新型环境友好材料新型环境友好材料_ _沸石在水处理中的应用沸石在水处理中的应用 2731527315新型环境友好材料_沸石在水处理中的应用.txt本文由 gentlesh2010 贡献pdf 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。2007 年第 33 卷第 3 期 工业安全与环保 March 2007 Industrial Safety and Environmental Protection19 ?新型环境友好材料沸石在水处理中的应用冯岩 1 于衍真 2 邱立平 2(1. 济南大学化学化工学院 济南 250022 ; 济南大学土木建筑学院 2.
2、济南 250022)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 of Zeolite in the Water TreatmentNe w Type of E
3、nvironment friendly MaterialFENG Yan1 Y Yan zhen2 U QIU Li ping2( 1 . School of Chemistry and Chemical Engineering , Jinan University Jinan 250022)Abstract Zeolite is one kind of new style environment - friendly material with characteristics of absorption , ion exchange , catalysis , acid resistance
4、 and thermal stability , which can effectively remove ammonia nitrogen , organic compounds , heavy metals , fluorides , phosphorus acteristics , the application of zeolite in water treatment is described , the problems existed are summarized and the research orientation of bio2 Keywords zeolite wate
5、r treatment environment - friendly material absorption filtering medial and acid anion containing oxygen and won bring about secondary pollution in the course. In accordance with its structural and property char2 tlogical filtering medial is prospected.随着我国国民经济的迅速增长和城市人口的膨胀 ,生活碱金属或碱土金属离子发生交换反应 ,能够有效
6、地去除水中 的 NH4 + 离子 。沸石对氨氮具有较大的吸附容量 , 在平衡浓 度相当高的情况下 , 每克沸石具有吸附 15. 5 g 氨氮的极限 吸附潜力 , 其吸附容量约是粘土的 23 倍 1 。天然沸石不污水和工业废水大量排放 ,水污染现象变得越来越严重 。如何在水处理中有效地利用新型环境友好材料已是当今环境 孔硅铝酸盐矿物质 ,独特的晶体结构使其具有选择性离子交领域的重要研究课题 。天然沸石是一种含水框架结构的多 换性能 、 选择性吸附性能 、 耐酸性能以及催化性能等特性 ,同 时具有较大的比表面积 ,在污水的有机物去除 ,去除氨氮 ,重 金属离子去除 ,去除氟和磷以及微污染水源水的预
7、处理过程但能很好地去除水中氨离子 ,而且沸石具有很好的重复使用 和再生性能 ,经过 18 次重复使用和再生 ,其氨交换容量仅降 低了 4 %2 。目前的研究表明沸石对水中氨氮的去除与沸 石的粒径大小 、 水流流速 、 温度 、 初始氨浓度和 pH 等因素密 切相关 ,而水中有机物对氨氮去除的影响也很大 。目前活化 沸石用于水处理中氨氮的去除比较活跃 ,天然沸石经过高温 焙烧 ,酸 、 盐等处理 ,既可以增大孔容 ,又增加比表面积 ,能够 有效提高氨氮的交换容量 ,并且活化沸石成本远比活性炭等 其他去除材料低 ,且再生简单 ,除氨氮性能优异 。 有机物及 SS 去除 中有着较好的应用前景 ,特别
8、是把沸石作为滤料 , 能够把天 然沸石的吸附性 、 离子交换性能与滤池的过滤 、 吸附和生物 代谢功能有机结合起来 ,更好地去除污水中的 NH3N ,有机物 、 和色度等 。把沸石应用到水处理中 , 在使用和处理过 SS 程中不会对环境造成二次污染 ,是一种环境友好材料 。以沸 理技术与工艺 ,对解决我国日益严峻的水环境污染及水资源 短缺问题 ,具有重要的现实意义 。1 沸石在水处理中的研究进展 1. 1石作为水处理材料 ,有望研究开发出经济 、 高效的新型水处1. 2沸石对水中有机物的去除主要是依靠沸石的吸附性能 ,极性有机物较非极性有机物更容易被沸石吸附 ,且随分子直 径的增大 ,被吸附的
9、几率也越小 。沸石能与含有极性基团如 等的有机物分子发生强烈的吸附 ,因此沸石能够吸附水中相 当低的对人体 具 有 致 癌 作 用 的 CHCl3 、 ( 三 氯 乙 烯 ) 、 TCE7 的条件 OH 、C O 、 NH2 或含有可极化基团如 、6 H5 C C去除氨氮从天然沸石的微观结构可以看出 ,沸石内部具有很多大 小均匀的空穴和通道 ,它们彼此相连 ,并与外界相通 ,在一定 的物理化学条件下 ,具有固定的直径 ,小于这个直径的物质 能被其吸附 ,同时氨氮为极性分子 ,其分子小于沸石孔道的 除 ,还与沸石具有较强的离子交换性能有关 , 这主要是由于 水中的 NH 离子极易同沸石晶格中结合
10、不紧的 K、 、 等 Na Ca4+MTBE( 甲基叔丁基醚 ) 等有机物 。如在 pH 为 5下 ,经氯化钠改性后的钠型沸石对水中的苯酚有较强的吸附 能力 。人们通过改变沸石的硅铝比 , 生产出高硅沸石 , 用来 吸附 水 中 的 MTBE 、 CHCl3 、 。高 硅 沸 石 对 水 中 MTBE 、 TCECHCl3 、 的 吸 附 容 量 是 所 研 究 的 粒 状 活 性 炭 的 8 TCE 12直径 ,因此沸石对氨有很强的吸附能力 。沸石对氨氮的去20 ?倍 3 。而且 ,沸石具有去除水中浊度的作用 , 其对浊度的去 除率在 65 %左右 。这些研究表明天然沸石特别是经过改性 的活
11、化沸石在有机废水的处理中具有很大的应用潜力 。1. 3石作为滤料的研究已成为一个新的研究课题 。不过 ,天然沸 石作为滤料 ,破碎磨损较大 , 使用前需经过一定的预处理以 提高强度 。同时沸石的种类比较多 ,国内比较常见的有浙江 老虎头斜发沸石 、 山东潍县的斜发沸石 、 浙江天井山丝光沸 石、 山东潍县丝光沸石 。它们的结构 、 物理化学性质都有很 大的差别 ,也就决定了它们作为滤料处理污水的效果有很大 的差别 。为了获得最好的处理效果有必要对沸石进行筛选 , 以选择出最适合作为滤料的沸石 。 有实验表明 ,对天然沸石进行灼烧活化 , 发现当沸石在500 550 灼烧时既可以提高机械强度 (
12、 磨损率从未灼烧时去除重金属离子沸石本身的格架结构特征和配位键不平衡 ,决定了沸石能够作为 阳 离 子 交 换剂 使 用 , 能 够 与 水 中 的 Ba2 + 、 2 + 、 PbCd Ni2+、 Zn 、 Co2+、 Cu 、 Cu2+等重金属发生离子交换反应而得以去除 。 、 Pb2+同时沸石具有综合治理污染水源的功能 ,能同时去除水中的2+ 2+ 2+、 等重金属离子 、 Hg 油类和其他有机2+物 。试验表明 ,在酸性 pH 值范围内天然斜发沸石对水中的Pb2 + 、 2 + 具有非常好的吸附去除作用 ,并发现当 pH 7 后 , Cd的 3 %左右降低到 1. 5 %左右 ,破碎率
13、从 2. 5 %降低到 1 %) , 又可以增大孔容 ,增加比表面积 ,还可以增加阳离子的运动 活性 ,使离子交换进行得更充分 6 。同砂粒相比 , 天然沸石 对纺织废水的处理效果优于砂粒的处理效果 ; 同时在水力负 荷为 1. 83 m/ h 时 SS 、 、 、 BOD COD TN 的去除率分别达 到 N 冲击负 74 % 、 % 、 % 、 % , 并且对色度的去除率高达 78 %8 。 99 92 92天然斜发沸石对水中 Cd 的吸附能力急剧下降 ,但当 pH 10 后 ,天然斜发沸石对水中 Pb 的吸附能力才有所下降 。当溶 液中 Pb 与 Cd 共存时 ,天然斜发沸石对 Pb2
14、+ 的吸附亲合力大 于对 Cd2 + 的吸附亲合力 4 。另有试验表明 , 丝光沸石和斜 发沸石对于消除重金属离子的效果较佳 ,特别是用碱处理过 的沸石 ,其吸附量可以得到大大提高1. 45 。混合生物滤料中的天然沸石具有缓冲进水 NH33降氟和降磷由沸石的工艺特性来看 , 天然沸石不具有去除水中 F -荷的能力 , 最高负荷达到 1. 2 kg/ ( m ? ) 时 , 仍能使出水的 dNH3 N 浓度为零 ,同时 COD 浓度不影响天然沸石的离子交的能力 ,但通过特定的处理可使其具有较强的降氟能力 。目 前用于沸石活化降氟的方法主要有 : 天然沸石 明矾水 处理 灼烧 , 能够使 F -
15、的去除率达到 89. 8 % 。 天然沸石 HCl 处理 TiCl4 灼烧 明矾水处理 , F - 的去除率达到92. 2 %6 换10 。目前以沸石为滤料的研究 ,大部分都是天然沸石 ,天然沸石的破碎磨损较大 。因此对天然沸石进行表面改性 ,提 高机械强度 ,增大吸附和离子交换能力 ,能够更好地提高沸 石对污水中各种污染物的去除效果 。2。 天然沸石 MgCl2 120 烘干 ,改性为镁性沸7 沸石在水处理应用中存在一些问题(1) 我国各地的沸石矿石中沸石含量差别很大 , 同时沸石 ,室内实验表明 ,镁型活化沸石具有较强的除氟能力 ,其除 氟容量可达每克沸石 8 mg F 以上 。以上活化降
16、氟方法都 是通过离子力向沸石构架中充入阳离子 ,以补偿沸石晶格中 电荷的不平衡性 。改性后的沸石对氟的吸附主要是化学吸 附 ,在吸附过程中同时伴有物理吸附 。 含磷废水的排放会引起水体富营养化 ,导致水体中藻类 和浮游生物急剧增殖 , 水体溶解氧下降 , 水质恶化 , 并引起 鱼类及其他水中生物大量死亡 。目前除磷方法很多 ,但均存 在一定弊端 ,沸石作为一种新型除磷材料正越来越受到人们 的关注 。天然沸石对磷的吸附量比较小 ,但经过改性的沸石 对磷的吸附量比较大 ,达到 15 mg/ g ,能够很好地去除水中的 磷化物 。1. 5石种类较多 ,各种沸石的结构以及构成不同 , 造成其在水及 废水中的处理效果不同 ,实际应用中应区别采用 。(2) 沸石的种类不同 , 处理的水和废水中污染物成分不同 ,相应沸石的再生也应根据具体情况采用不同的方法 。(3)
