沸石吸附材料的研究进展

沸石吸附的研究进展

摘要：本文主要通过沸石分子筛吸附剂对碘吸附的原理及传质影响的研究，目的是加强认识脱碘的机理，为进一步开发沸石吸附剂的应用提供一定的理论依据。同时针对目前国内外的研发及应用情况进行了概述，提出了存在的问题和解决的思路。

关键字：沸石脱碘吸附传质

前言

沸石是含碱土金属或碱金属的具有三维空间结构的硅铝酸盐晶体，分为天然沸石和人工沸石。天然沸石空隙中充满大量的水分，加热时会沸腾而得其名。人工合成沸石是以硅和含铝的盐为原料，经过水热合成大小与分子大小相当的材料，也称分子筛。沸石的化学通式为M x/n[(AlO2)x(SiO2)y]·mH2O,其中M通常为Na、K、Ca等金属离子。

沸石比表面积适中，一般为500~800m2/g;其孔结构以微孔为主，孔径较小，一般主孔径最大不超过2.5nm，且分布均一。沸石分子筛是通过氧硅四面体和氧铝四面体单元在过氧架桥作用下形成的，其中氧铝四面体带负电性，且孔道内分布有金属阳离子，容易与外界的阳离子发生交换，表现出离子交换性。常用的分子筛全交换工作容量在2.0~2.5mg/g。

沸石是一种强极性吸附剂，极易水分子等极性分子，且由于自身铝硅比和孔径大小不同，对不同极性分子具有选择性，孔道内有可被交换的金属阳离子，对某些特定分子有特殊的吸附作用。

在废气处理方面，沸石可以吸附废气中的SO2和NO x，但是其吸附量低。利用

改性方法可改变沸石的电性、孔径等，可以用来对不同分子特性和直径的气体进行吸附。在水处理方面，利用沸石的离子交换能力，可以吸附去除废水中的氨氮，也可以利用利用改性沸石处理高氟污水或地下水，有价格低的优势，但吸附容量往往不高。

沸石吸附剂脱碘的特性就是一种选择性吸附，通过选择适合碘分子大小孔径的沸石制成吸附剂，达到吸附碘的目的。

二、沸石吸附剂的脱碘原理

1. 吸附原理

（1）物理吸附

沸石吸附剂吸附碘包括物理吸附和化学吸附。物理吸附主要是由于溶液中的碘与沸石分子筛固体表面之间存在范德华力（Van der waals），而产生了范德华吸附，它是可逆的。当沸石分子筛表面分子与液体中碘之间的引力大于液体内部分子运动时，液体中的碘就被吸附在沸石分子筛表面上。它们之间的吸引机理，与气体的液化和冷凝时的机理类似，其吸附热比较低。从分子运动观点看，这些吸附在沸石吸附剂表面的分子由于分子运动，也会从固体表面脱离而进入液体中去，但其本身不发生化学变化。所以物理吸附的特征就是吸附物质不发生任何化学反应，吸附的进程极快，参与吸附的各相间的平衡瞬时即可达到。而且这种吸附通常在固体表面几个分子直径的厚度区域，单位体积固体表面所吸附的量非常小。（2）化学吸附

化学吸附是由于沸石通过所存在的孔道和空腔中的阳离子交换，使其吸附性能发生较大变化，即沸石通过与含Ag的可溶性盐类溶液进行离子交换成银离子型沸石。其脱碘的原理是这种载在沸石上的可交换的银离子从沸石上解离出来，与

碘相互作用，生成难溶的AgI而达到除去碘的目的，AgI存在有两种可能，一是

在微孔中，另一种是残留在流体中，具体因吸附过程中的吸附方式而已，化学通式为：

Ag-ZSM-5 + I-Ag I -ZSM-5

在化学吸附过程中，被吸附的碘离子和沸石吸附剂中的银发生化学作用，类似于化学反应。因而，化学吸附的吸附热接近于化学反应的反应热，比物理吸附大得多。因为在吸附过程中需化学键力作用，所以它选择性比较强，一般不可逆的。而化学吸附容量的大小，随沸石吸附剂与碘形成的化学键力大小的不同而有差异。并且需要一定的活化能，随着吸附温度的提高吸附量增加。在相同的条件下，化学吸附（或解吸）速度都比物理吸附慢。所以工业上一般是采用沸石吸附剂的化学吸附特性。