摘要：沸石是一種具有優(yōu)異功能的非金屬礦物材料，本文介紹了沸石的物理特征和處理廢水的機(jī)理，并對(duì)近幾年沸石在廢水處理應(yīng)用的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜合評(píng)述，對(duì)沸石在廢水處理應(yīng)用的前景進(jìn)行了展望。

天然沸石是當(dāng)今世界各國(guó)十分重視的新興非金屬礦產(chǎn)資源，它以?xún)?yōu)異的吸附、離子交換性能正越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用在“三廢”治理中。沸石是以硅鋁酸鹽為主的一類(lèi)礦物的總稱(chēng)，架狀鋁硅酸鹽礦物，含水和堿（或堿土金屬）。沸石可分為天然沸石和合成沸石兩大類(lèi)。天然沸石是1756年瑞典礦物學(xué)家發(fā)現(xiàn)的。沸石作為一種具有優(yōu)異功能的非金屬礦物材料，在工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。其顯著特點(diǎn)是孔隙度高、比表面積大，離子交換性、吸附性、催化性、耐酸性、耐熱性、耐輻射性等性能優(yōu)異，因此被廣泛用于石油化工、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)牧業(yè)、建材工業(yè)、輕工業(yè)及高新技術(shù)等領(lǐng)域。

我國(guó)地域遼闊，沸石的種類(lèi)頗多，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的沸石有斜發(fā)沸石、絲光沸石、菱沸石、方沸石、片沸石、鈣十字沸石、鈣甲十字沸石、輝沸石、濁沸石、鈉沸石等13個(gè)礦種或亞種。我國(guó)的沸石以斜發(fā)沸石為主，絲光沸石次之，多數(shù)分布在我國(guó)東部和中部地區(qū)。沸石是一種廉價(jià)的非金屬礦。開(kāi)發(fā)利用沸石處理廢水，在我國(guó)有巨大的優(yōu)勢(shì)。

1、沸石處理廢水的機(jī)理

1.1 吸附劑

沸石晶格內(nèi)部構(gòu)造開(kāi)放性大，除了有穩(wěn)定的[(Al,Si)O₄]四面體從角頂相互聯(lián)結(jié)，形成架狀硅鋁氧骨干外，還有很多大小均一的孔穴和通道，孔穴通過(guò)開(kāi)孔的通道彼此相通，使得沸石具有巨大的比表面積，據(jù)有關(guān)資料顯示，可達(dá)400-800m²/g；且陽(yáng)離子晶格內(nèi)的負(fù)電與平衡陽(yáng)離子的正電電荷中點(diǎn)在空間上是不重疊的，分子間具有巨大的靜電吸引力。綜上所述，比表面積大，靜電吸引力強(qiáng)，沸石具有良好的吸附性能。當(dāng)沸石晶格內(nèi)的孔穴和通道出現(xiàn)空缺時(shí)，沸石對(duì)氣體或液體表現(xiàn)出較強(qiáng)吸附性能，尤其是對(duì)SO₂、NH₃等及某些有機(jī)蒸汽等敏感性氣體吸附更為有效。與其它吸附劑相比，沸石具有選擇性高、吸附量大、吸附效率高的特點(diǎn)。

1.2 離子交換劑

沸石空間基本的結(jié)構(gòu)單位是硅氧（SiO₄）四面體和鋁氧（AlO₄）四面體。其中1個(gè)氧原子的價(jià)電子沒(méi)有得到中和，使得整個(gè)鋁氧四面體帶1個(gè)負(fù)電荷，為了保持電中性，鋁氧四面體附近需要有1個(gè)帶正電荷的金屬陽(yáng)離子（M⁺）來(lái)抵消它所帶的負(fù)電荷（通常是堿金屬或堿土金屬離子）。但是沸石中的Na⁺、K⁺等金屬陽(yáng)離子與硅鋁氧骨干結(jié)合得相當(dāng)弱，進(jìn)入沸石表面的陽(yáng)離子則與沸石晶格中的陽(yáng)離子如Na⁺、K⁺等交換，交換后沸石結(jié)構(gòu)不被破壞，還可以再生。

1.3 催化劑

由于沸石具有很大的吸附表面，可以容納相當(dāng)多數(shù)量的吸附物質(zhì)，因而能促使化學(xué)反應(yīng)在其表面上進(jìn)行，所以沸石又作為有效的催化劑和催化載體。另外沸石有鋁硅酸鹽格架電荷，以及平衡離子的電荷，具有局部的高電場(chǎng)和格架上產(chǎn)生酸性位置，因而可以用于加速碳離子型的反應(yīng)。此外它還能以交換具有催化活性的金屬（如Pt、Pa等），使其能得到很大程度的分散，保持高的活性，同時(shí)又可減少貴金屬的用量。

2、沸石在水處理中的應(yīng)用研究

2.1 去除水中氨氮

氨氮存在于許多工業(yè)廢水中，氨氮排入水體，特別是流動(dòng)較緩慢的湖泊、海灣，容易引起水中藻亡。氨氮還使給水消毒和工業(yè)循環(huán)水殺菌處理過(guò)程加大了用氯量；對(duì)某些金屬，特別是對(duì)銅具有腐蝕性；當(dāng)污水回用時(shí)，再生水中氨氮可以促進(jìn)輸水管道和用水設(shè)備中微生物的繁殖，形成生物垢，堵塞管道和用水設(shè)備，并影響換熱效率。利用沸石去除生活污水以及工業(yè)廢水中的氨氮，國(guó)內(nèi)外已有較多的研究。沸石構(gòu)架中有一定的空腔和孔道，決定其具有吸附、離子交換作用。又因?yàn)樘烊环惺�是一種較廉價(jià)的礦物質(zhì)，成本較其它吸附劑低，再生成本低，再生液經(jīng)吹脫后可重復(fù)利用，由此表明沸石是一種較為理想的脫氮吸附劑。

2.2 去除廢水中的重金屬離子

鎘、汞、鉛、鋅等重金屬離子是造成環(huán)境污染、對(duì)人體較為有害的物質(zhì)，消除方法有活性炭吸附法、溶劑萃取法和離子交換法等。實(shí)驗(yàn)表明，用沸石特別是用NaOH，HCl和NaCl處理過(guò)的沸石處理上述重金屬離子效果較好，被沸石吸附交換的重金屬離子，還可濃縮回收，沸石經(jīng)處理也可再生使用。

2.3 去除水中的氟

氟是電負(fù)性較高的元素，是相當(dāng)活潑的非金屬元素，當(dāng)氟離子大量存在時(shí)，有毒性作用。飲用水中氟的含量過(guò)高，容易使兒童患氟斑病和氟骨癥。以?xún)?yōu)良斜發(fā)沸石為原料，研究了用鹽酸、硫酸鋁和高溫方法活化天然沸石的工藝條件。結(jié)果表明用活化天然沸石處理后的含氟飲用水，基本可達(dá)到國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 去除水中有機(jī)物

隨著現(xiàn)代工業(yè)特別是有機(jī)化工、精細(xì)化工以及高分子工業(yè)的迅速發(fā)展，水中的有機(jī)污染物呈多樣化、復(fù)雜化的特點(diǎn)。對(duì)于多數(shù)有機(jī)污染物的去除，在目前使用較廣的還是生化法，尤其是吸附法。沸石對(duì)有機(jī)污染物的吸附能力主要取決于有機(jī)物分子的極性和大小，極性分子較非極性分子易被吸附，隨著分子直徑的增加，被吸附進(jìn)入空穴的機(jī)會(huì)就逐漸減少。沸石去除水中溶解狀分子物質(zhì)時(shí)，吸附起主要作用，而去除水中離子狀污染物時(shí)離子交換和吸附兩種行為共同作用的結(jié)果，以離子交換為主。

2.5 去除廢水中的放射性物質(zhì)

放射性元素Cs⁺，Sr2⁺，是核裂變產(chǎn)品中的主要成分，通常被排放到廢水中，沸石的熱穩(wěn)定性和抗輻射性使其具有除Cs⁺，Sr2⁺的優(yōu)越性。在原子能工業(yè)中，當(dāng)放射性廢液中含有這類(lèi)物質(zhì)時(shí)，需要將它們儲(chǔ)存到蛻變?yōu)榉�(wěn)定狀態(tài)后才能排除。天然沸石對(duì)銫和鍶有較強(qiáng)的交換去除能力，不受輻射的影響。而且交換了放射性離子的沸石，將其熔化后可使放射性離子固定在晶格內(nèi)，防止其擴(kuò)散污染。

3、沸石處理廢水的應(yīng)用前景

沸石在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們已經(jīng)做了比較廣泛深入的研究，沸石是一種天然礦物，具有成本低、處理效果好的特點(diǎn)，在水污染處理中應(yīng)用可以降低處理的成本；應(yīng)用沸石的處理設(shè)備比較簡(jiǎn)單，沸石用于去除氨氮、有機(jī)污染物質(zhì)、金屬元素、放射性物質(zhì)、殺菌等都有明顯的效果，可以用于處理廢水，是一種有發(fā)展前途的水處理材料。但是，我國(guó)在環(huán)保方面對(duì)沸石的開(kāi)發(fā)利用與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比起步晚、水平低、速度慢。

目前，我國(guó)對(duì)沸石礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)仍處于初級(jí)階段，應(yīng)加強(qiáng)沸石在污水處理材料方面的研究，力求開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，并盡快將其轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，以適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，使廉價(jià)的沸石在環(huán)保方面發(fā)揮更大作用。另外，由于沸石在水處理中的研究與應(yīng)用越來(lái)越多，所以應(yīng)重視吸附飽和沸石的處置問(wèn)題，避免造成二次污染。