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環境是人類生存和發展的物質基礎,環境問題的出現和日益嚴重,引起人們的高度重視,促進了環境科學研究的快速發展,同時促進了環境友好和環境協調材料研究與應用的快速發展。環境友好與協調型材料是指產品或材料在整個生命周期內,各種性能不僅可以滿足特定的使用需求,而且在完成其使用壽命后,對環境不構成任何危害,研制、生產和使用過程的副產品能夠資源化的一類新型可再生循環利用材料。

沸石結構特殊,由鋁硅酸鹽格架,格架中的孔道、孔穴和陽離子以及以錮囚相存在的水分子三部分組成。格架中硅氧四面體內的Si4+常被A13+置換,出現過剩負電荷,由堿土金屬離子補償,這些補償陽離子與晶格結合力很弱,具有很高的自由度,活躍在孔道中,使沸石具有優良的離子交換性能。格架中連通的孔道、孔穴使沸石擁有很大的內表面積,特別當“沸石水”受熱逸出后,通道和孔穴更加空曠,相應內表面積更加巨大,而且脫水沸石晶穴內部具有很強的庫侖場和極性,表現出強烈的吸附性,加之沸石孔道大小均勻,尺寸固定,形狀規則。因此,吸附具有選擇性,即具有分子篩、離子篩功能。除此之外,沸石還具有耐酸、耐高溫、耐輻射等性能。這些物化性能賦予了沸石獨特的環境屬性,也奠定了它在環境治理方面的重要地位。

 沸石在環境保護中的應用

(1)沸石在水處理中的應用

 

沸石是一種價廉的多孔礦物材料,工業上廣泛用作催化劑、吸附劑、離子交換劑和廢水處理劑等。

①去除有機污染物

有機污染物是一類主要污染物,沸石對有機污染物的吸附能力主要取決于有機物分子的極性和大小。極性分子較非極性分子易被吸附;隨著分子直徑的增大,被吸附進入孔穴的機會逐漸減小。含有極性基團如—OHO、一NH2或含有可極化基團如A、-C6H5等的有機分子,能與沸石表面發生強烈的吸附作用,二氯甲烷、三氯乙烷等都屬于沸石易吸附物質之列。一些

常見的有機污染物,如酚類、苯胺、苯醌、氨基酸等,多有極性,分子直徑適中,可被沸石吸附而去除。

②去除氨氮

去除氨氮是利用沸石對陽離子的選擇性交換和再生特性。

斜發沸石對陽離子交換順序為:Cs+>Rb+>K+>NH4>Sr2+=Ba2+>Ca2+>Na+>>Li。在上述各種陽離子共存的溶液中,除CS+、Rb+、K外,優先吸附的是NHI。國內外在用天然沸石除氨氮方面作了較多的研究,對它

在污水處理中的應用條件、再生工藝等進行了生產性試驗,并建成了一定生產規模的污水處理廠。美國明尼蘇達州的 Rosemont污水廠,處理水量為2260m3/d。先將原水進行一定的前處理,用斜發沸石進行離子交換,處理后水中氨氮去除率達到95%以上。

回收氨,以及回收CO、NO等氮氧化物;用于汽車尾氣處理劑,吸附其中的有害

氣體,減輕環境污染。

 

      除臭

作為吸附劑類除臭而廣泛應用的活性炭,對氨等低分子氣體除臭效果并不理想,而且成本高,而沸石雖對氨的除臭有效,但如單獨使用,其吸附量也不大。一般斜發沸石對氨的吸附量為3.42~9.12mg/g,因此需要對天然沸石進行。

活性處理

以沸石為載體,以除臭性能優異的H3PO4、Al(H2PO4)3、KH2PO4等作為成粒成分,產品穩定,有吸附量大、除臭效果持久的特點。同時,此類除臭劑有足夠的強度,而且無吸濕性,耐大氣性能好。與濕法除臭比較,由于除臭設備簡單,設備費用和生產成本低,使用后不會使顆粒強度降低,也不會產生破壞所致的形狀變化,反應后從設備中取出拋棄或轉入再生工序都很方便,只需通過加熱等簡單方法。拋棄時無危險,而且既可作為肥料,又可作為土壤改良劑。