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| 改性沸石在环境保护领域大有作为 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2014-02-09 10:57:11 浏览次数： |
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目前，直接应用天然沸石的领域主要有高氟水的净化、无机污水处理、净化空气、废气处理。主要利用沸石的吸附性、离子交换性，对沸石的改性可以强化这两种能。除此之外，作为无机材料的沸石与有机物的亲和力较弱，有机改性可以弥补这个不足，从而提高天然沸石的性能。除替代天然沸石应用与上述领域外，改性沸石还可用于处理有机废水、吸附非极性有害气体和制备抗菌材料等。
1 生活用水及工业废水处理
天然沸石应用于水处理领域，早期研究主集中在处理含氨氮、重金属离子的废水。随着科技的进步，研究热点转向采用改性后的沸石处理污染物。处理有机废水效果不佳一直限制着天然沸石的应用，因此有机改性逐渐受到研究人员的重视。
2 除氟
高氟水在我国分布非常广泛，对人体危害很大。多年来人们不断研究降氟方法。饮水是人体摄入氟的主要来源，目前我国约有七千万人口在饮用高氟水，研究经济有效的除氟方法意义重大。天然沸石用于降氟曾有报导，但由于沸石处理、活化方法不当，降氟容量（F—与沸石的质量比）很低，只有60×10-6~70×10-6，有的虽然达到350×10-6，但接触时间长达6.28小时，没有应用价值。天然沸石的结构特点使其具有独特的离子交换和吸附性能。通过离子交换后即可用于降氟。反应式如下：
3 去除水中有机物
由于沸石表面硅氧结构的极性较强，沸石吸附有机物的性能较差，也不能去除废水中的阴离子污染物。为了使沸石更为广泛的应用，提高沸石处理污水和废水的能力，需要对其表面进行改性。采用阳离子表面活性剂对沸石改性，进而处理废水是目前国内外环保研究者的研究热点之一。
改性沸石的稳定性是其应用的重要前提之一。Z.Li等研究了HDTMA改性沸石的化学和生物稳定性，发现在强酸性条件（pH=3），强碱性条件（pH=9）、还原条件（0.1 mol·L-1 Na2S2O4）、氧化条件（5% H2O2）和高离子强度条件（1.0 mol·L-1 CaCl2）下长期使用，90%以上的有机改性剂仍然保留在沸石上。在有氧和厌氧条件下使用2~4个月，95%以上的有机改性沸石保持不变，且改性沸石不影响水中微生物的活性。采用表面活性剂改性沸石，提高了天然沸石去除有机污染物的能力，且改性沸石性能稳定。
有机改性后沸石对有机污染物的吸附能力显著提升。Lemić等采用SDBAC（十八烷基二甲基苄基氯化铵）进行改性，获得的改性沸石用于吸收水中的杀虫剂和除草剂。结果表明，改性沸石对阿特拉津（除草剂）、林丹（杀虫剂）、二嗪农（杀虫剂）的吸附量分别为2.01、3.40、4.42μmol·kg-1。曹艳芳等研究了以溴化十六烷基三甲胺为改性剂制备的改性沸石对水中苯胺的吸附。结果表明，改性沸石对苯胺的吸附效果显著，吸附时间为120min时吸附率约为85%。魏翔等采用溴化十六烷基三甲胺制备改性沸石，研究了改性沸石吸附水中有机物的影响因素。结果表明，改性沸石对二氯苯酚（DCP）有很好的吸附效果。
袁凤英等发现单独使用阳离子表面活性剂会影响沸石的吸附量。两性离子表面活性剂分子中有两种离子存在，易溶于水，且在较浓的酸和碱中仍能溶解，并保持阳离子的性质。选择十六烷基三甲基溴化铵与N，N-二甲基十二烷基甜菜碱两种表面活性剂按1：1的比例复配成混合表面活性剂对沸石改性，用改性沸石处理含重铬酸盐和苯酚废水，去除率在90%以上。
4 除氨氮
天然水体中氨氮主要来源于蛋白质的分解，或由附近污染源产生的亚硝酸氮、硝酸氮在一定条件下相互转化而形成。我国地下水中氨氮、硝酸铵含量超过饮用水标准的地区还很多，方性疾病也伴随产生。目前在净水工艺中广泛采用的过滤介质是活性炭，但活性炭的价格昂贵；沸石作为一种廉价的无机非金属矿物，因其独特的吸附、筛分和离子交换性能，在城市污水处理中有着很好的应用前景。
薛玉等探讨了沸石结构对沸石吸附性能影响的机理。结果表明，沸石结构、孔隙分布以及化学成分是影响沸石对氨氮吸附容量的主要因素，结构松散、孔径较大、孔隙均匀的沸石吸附容量较高。Cooney等研究结果显示Na+改性沸石在含有Ca2+、Mg2+、K+离子的污水中除氨效果最好。夏丽华等研究结果表明改性沸石对氨氮有很好的去除效果，酸改性沸石的处理效果明显优于碱改性沸石。
改性沸石除氨氮后，经过简单处理即可再生。刘翔等提出了一种以沸石为载体的快速除氮装置及其活化与再生的方法。其特征在于：沸石填料可通过蒸汽活化，提高去除效率。吸附饱和后再经过蒸汽汽提再生恢复其部分吸附能力。江喆等研究了处理氨氮后改性沸石的再生，在强碱条件处理改性沸石，被交换上去的NH4+以NH3形式被交换下来，而NH3可从沸石的微孔中逸出。再生5个周期的改性沸石对氨氮的处理效率，其下降值不到5%。
5 处理含重金属废水
改性沸石对某些重金属阳离子具有较高的交换能力，可以有效去除这些重金属离子并回收利用。
霍爱群等研究结果表明，沸石经高温改性后可以发生固相反应，生成部分具有较高过剩自由能的非化学计量无机盐。改性沸石脱铅吸附反应活性位是在非化学计量无机盐缺陷基础上形成的表面羟基。改性沸石铅饱和吸附量为6.10mg·g-1，其静态吸附行为是化学吸附。谢晓凤等用十六烷基三甲基溴化铵改性沸石，并研究了制备有机沸石的适宜条件及改性沸石吸附重铬酸根阴离子的影响因素。结果表明，在25℃、pH=6、改性沸石投加量25 g·L-1条件下，重铬酸根阴离子的去除率达到98%。Panayotova系统研究了保加利亚天然沸石与改性沸石除去水中Ni2+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Pb2+的影响因素。他采用经NaOH、NaCl、CH3COONa改性的沸石进行了除Ni2+实验，结果显示，经NaCl和CH3COONa改性的沸石除Ni2+离子的量比天然沸石高25-30%。使用过的改性沸石可通过浸入20%NaCl溶液恢复。废水中Ca2+、Mg2+离子的存在对Cu2+离子的吸收影响较小。Wingenfelder等发现经HDTMA改性的沸石，对溶液中锑的吸收量达到42%。
6 废气与室内污染气体净化
沸石对极性分子如NH3、SO2、CO2等有很高的亲和力，即使在低相对湿度、低浓度、较高温度条件下仍能有效吸附，天然沸石是一种性能稳定效果良好的吸附剂，可用于废气处理和空气净化。采用天然沸石薄膜吸附挥发性有机污染物（VOC）曾见报道，但天然沸石对非极性气体的吸附作用较差。近年来采用有机改性沸石作为吸附剂，去除乙醛、甲醛等非极性气体污染物逐渐成为研究热点。
（1）脱除SO2
陈实等利用天然沸石材料具有动态吸附性的特点，通过Fe3+改性研制出高效、廉价且再生性能优异的新型二氧化硫脱除催化剂。另外，有研究表明在400℃活化的沸石对SO2的吸附量最大。Soon-ho等在专利中指出，采用银离子交换法制备的载银沸石，脱硫性能优异。
（2）净化室内有害气体
李怀江等研究了有机改性沸石对甲醛的吸附规律。结果表明，表面活性剂基团极性对改性沸石吸附甲醛有一定的影响。改性沸石对甲醛的吸附量随负载HDTMA量的增长而增加。范树景等研究也表明天然沸石对甲醛有一定的吸附作用，但吸附量很小。经过有机改性的沸石对甲醛的吸附量增加，随着有机改性剂的加入量在一定范围内增加，改性沸石对甲醛的吸附量也相应增加。经过盐酸和氢氧化钠改性的沸石对甲醛和水的共吸附与对水的吸附没有明显差别。丁浩等研究了热处理改性天然沸石对H2S 和NH3气体的吸附去除功能，在一定的气体浓度条件下，吸附时间10min，改性沸石对两气体的去除率分别达99.00%和95.20%，因而认为，热处理改性沸石可作为快速去除冰箱内异味的除臭剂产品加以使用。
（3）作为抗菌材料的应用
以沸石为载体，通过离子交换引入上述金属离子制取的沸石抗菌剂，是其中的重要类型之一。沸石抗菌剂广泛应用于纺织、涂料等行业中。
肖士民等用熔盐离子交换法制备出抗菌锌型沸石，实验证明改性沸石对大肠杆菌、嗜热脂肪孢芽杆菌有杀灭能力。彭美勋探索出制取无机离子Ag+、Cu2+、Zn2+抗菌剂的最佳制取条件，及相应抗菌乳胶漆的制造工艺，测试了锌抗菌剂对大肠杆菌的最低抑菌浓度及铜锌抗菌乳胶漆24h内杀灭大肠杆菌的抗菌剂最低添加量。
李酽研究了沸石抗菌涂料的特性，对抗菌活性组份起到很好的固定作用。在涂料使用期限内，抗菌沸石缓慢释放活性组份，可有效杀灭细菌而不致很快流失，提高了抗菌剂的使用效果。沸石的离子交换作用，使涂料中过渡金属离子以多种价态或多种化学环境存在，形成活性不同和杀菌机理各异的活性物质。例如，Zn在一般抗菌涂料中仅以ZnO形式存在，而在沸石涂料中可以以Zn2+、ZnO等形式存在，使抗菌范围变宽。丁浩等利用沸石的离子交换性，并采用热处理固定技术，制备了分别载带金属离子Ag+和Zn2+的无机抗菌剂，
(厦门非金属矿加工与应用技术交流会,发表于中国粉体技术杂志）
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