沸石在水处理中的应用

3.沸石在水处理中的应用 沸石在水处理中的应用
沸石是一种天然、无毒、无味且对环境没有影响的吸附剂， 沸石是一种天然、无毒、无味且对环境没有影响的吸附剂，它 具有耐酸、耐碱、热稳定等性能，以及它拥有成本低廉， 具有耐酸、耐碱、热稳定等性能，以及它拥有成本低廉，制备简 单，无二次污染的优势，作为非传统矿产资源倍受人们青睐随着 无二次污染的优势， 人们对沸石在水处理中的应用技术和研究的不断深入， 人们对沸石在水处理中的应用技术和研究的不断深入，以沸石为 基础的新处理工艺和方法不断涌现出来。 基础的新处理工艺和方法不断涌现出来。
5.消除废水中的氨氮和磷 5.消除废水中的氨氮和磷 废水中氨氮和磷含量过多会引起水的富营养化， 废水中氨氮和磷含量过多会引起水的富营养化，导致藻类的过量 繁殖，造成水体污浊和鱼类死亡的公害，因此引起水质恶化。 繁殖，造成水体污浊和鱼类死亡的公害，因此引起水质恶化。同 时，氨氮的耗氧特性会使水体的溶解氧降低，而且当水体的PH值 氨氮的耗氧特性会使水体的溶解氧降低，而且当水体的PH值 PH 较高时，氨对鱼类等水生物具有毒性。 较高时，氨对鱼类等水生物具有毒性。利用天然沸石去除城市废 水或工业废水中的氨氮，在国内外获得了较为广泛的研究。 水或工业废水中的氨氮，在国内外获得了较为广泛的研究。 Ciambelli等人利用Phlipsite沸石从城市废水中去除氨， Ciambelli等人利用Phlipsite沸石从城市废水中去除氨，研究了 等人利用Phlipsite沸石从城市废水中去除氨 利用沸石去除氨的离子交换能力，实验结果表明： 利用沸石去除氨的离子交换能力，实验结果表明：该沸石能有效 去除城市废水中95%的氨，出水中铵离子浓度低于有关排放标准。 去除城市废水中95%的氨，出水中铵离子浓度低于有关排放标准。 95%的氨 李德生等研制的生物沸石反应器能高效的除去水中的NH3李德生等研制的生物沸石反应器能高效的除去水中的NH3-N、 NH3 NO2NO2-N等。生物沸石反应器是以通过特定处理的颗粒沸石作为生物 载体的一种固定生物膜处理装置，处理效果好。 载体的一种固定生物膜处理装置，处理效果好。
3.除去和回收水中的重金属离子 3.除去和回收水中的重金属离子
通常将比重在5以上的金属称为重金属,冶炼厂、 通常将比重在5以上的金属称为重金属,冶炼厂、有色金属矿山 等化学工业部门所排放的含重金属阳离子的废水造成环境污染， 等化学工业部门所排放的含重金属阳离子的废水造成环境污染， 对人体产生极大危害，试验表明， 对人体产生极大危害，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 重金属离子的效果较佳，特别是用碱处理过的沸石， 以得到大大提高，用0.05mol/L HCl可浓缩回收吸附的重金属离子 HCl可浓缩回收吸附的重金属离子 以得到大大提高， ,用NaOH溶液可使沸石再生。当PH大于4时，经沸石处理的污水即 NaOH溶液可使沸石再生。 PH大于4 溶液可使沸石再生 大于 可消除污染。 可消除污染。 在除砷方面，已取得出了较好的效果。 在除砷方面，已取得出了较好的效果。有人对不同产地的斜发沸 石进行了研究， 石进行了研究，发现对砷具有较大吸附力的是格鲁吉亚共和国捷 格维和捷扎米产的斜发沸石，吸砷量为0.21-0.22mg/g。 格维和捷扎米产的斜发沸石，吸砷量为0.21-0.22mg/g。 0.21
3.2沸石的应用 沸石的应用
1.软化硬水 1.软化硬水 利用天然沸石可以作软化硬水的预处理, 利用天然沸石可以作软化硬水的预处理,如某厂家利用独石口天 然沸石进行软化水的试验， 取得良好效果，若天然沸石改型后， 然沸石进行软化水的试验， 取得良好效果，若天然沸石改型后， 作为离子交换剂可用于硬水的软化处理， 作为离子交换剂可用于硬水的软化处理，改型后的沸石对钙镁离 子的交换能力有明显提高， 子的交换能力有明显提高，使水质达到或超过一般工业生产和取 暖锅炉用水标准，沸石的交换能力达280暖锅炉用水标准，沸石的交换能力达280-340mol/m3 。 280
2.沸石的离子交换性能 2.沸石的离子交换性能
离子交换性能是沸石的另外一个重要性能, 离子交换性能是沸石的另外一个重要性能,沸石的离子交换一般 是在水溶液中进行的。 是在水溶液中进行的。 沸石的离子交换性能主要与沸石结构中的硅铝比的高低、 沸石的离子交换性能主要与沸石结构中的硅铝比的高低、沸 石孔穴的大小、阳离子位置以及阳离子的性质有关， 石孔穴的大小、阳离子位置以及阳离子的性质有关，沸石中阳离 子是由于沸石中部分硅被铝置换后产生不平衡电荷而进入的， 子是由于沸石中部分硅被铝置换后产生不平衡电荷而进入的，因 此硅铝比高，则铝氧四面体所形成的负电荷少，格架电荷亦低， 此硅铝比高，则铝氧四面体所形成的负电荷少，格架电荷亦低， 为平衡这些电荷而进入沸石中的阳离子也少，因此影响离子交换, 为平衡这些电荷而进入沸石中的阳离子也少，因此影响离子交换, 沸石孔穴小，影响构型大的离子进行交换， 沸石孔穴小，影响构型大的离子进行交换，对于不同的阳离子位 置和不同的阳离子性质，离子交换能力也不一样。 置和不同的阳离子性质，离子交换能力也不一样。 常见的天然沸石， 常见的天然沸石，斜发沸石和丝光沸石等都具有很高的阳离 子交换容量，斜发沸石的理论交换容量为0.213mol/100g， 子交换容量，斜发沸石的理论交换容量为0.213mol/100g，丝光沸 0.213mol/100g 石的理论交换容量为0.223mol/100g。 石的理论交换容量为0.223mol/100g。 0.223mol/100g
处
应
导教师： 导教师：冯景伟
级：2010级15‚ÕÕ 级 ‚Õ ‚ 学 ：康加 学号：201011150903 学号：
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主要内容
1.沸石的历史 2.沸石的基本概况 2.沸石的基本概况 3.沸石在水处理中的应用 3.沸石在水处理中的应用 4.应用前景
1.沸石的历史 沸石的历史
沸石（zeolite）是一种矿石，最早发现于1756年 沸石（zeolite）是一种矿石，最早发现于1756年、瑞典的矿 1756 物学家克朗斯提（Cronstedt） 物学家克朗斯提（Cronstedt）发现有一类天然硅铝酸盐矿石在灼 烧时会产生沸腾现象，因此命名为“沸石” 瑞典文zeolit）。 烧时会产生沸腾现象，因此命名为“沸石”（瑞典文zeolit）。 zeolit 在希腊文中意为“沸腾” zeo） 在希腊文中意为“沸腾”（zeo）的“石头”（lithos）。此后， 石头” lithos）。此后， ）。此后 人们对沸石的研究不断深入。 人们对沸石的研究不断深入。 1932年，McBain提出了“分子筛”的概念。表示可以在分 年 提出了“ 提出了 分子筛”的概念。 子水平上筛分物质的多孔材料。虽然沸石只是分子筛的一种， 子水平上筛分物质的多孔材料。虽然沸石只是分子筛的一种，但 是沸石在其中最具代表性，因此“沸石” 是沸石在其中最具代表性，因此“沸石”和“分子筛”这两个词 分子筛” 经常被混用。人造沸石是：磺酸化聚苯乙烯； 天然沸石： 经常被混用。人造沸石是：磺酸化聚苯乙烯； 天然沸石：铝硅酸 钠
2.沸石基本概况 沸石基本概况
化学式 沸石的一般化学式为： 沸石的一般化学式为：AmBpO2pnH2O，结构式 ， 为 A(x/q) [ (AlO2)x (SiO2)y ] n(H2O) ，其中 等阳离子， 为 和 ：A为Ca、Na、K、Ba、Sr等阳离子，B为Al和Si 为 、 、 、 、 等阳离子 为阳离子化合价， 为阳离子数 为阳离子数， 为水分子数 为水分子数， ，p为阳离子化合价，m为阳离子数，n为水分子数， 为阳离子化合价 x为Al原子数，y为Si原子数，(y/x)通常在 ～5之 为 原子数 原子数， 为 原子数 原子数， 通常在1～ 之 通常在 是单位晶胞中四面体的个数。 间，(x+y)是单位晶胞中四面体的个数。 是单位晶胞中四面体的个数
3.1沸石的性能 沸石的性能
1.沸石的吸附性能 1.沸石的吸附性能
① 选择性吸附 在一般情况下，沸石的中心大空穴和孔道都充满水分子， 在一般情况下，沸石的中心大空穴和孔道都充满水分子，这些水 分子围绕可交换阳离子形成水化球，通常在3500C或4000C下加热 分子围绕可交换阳离子形成水化球，通常在3500C或4000C下加热 3500C 数小时或更长时间，沸石将失去水分。这时， 数小时或更长时间，沸石将失去水分。这时，有效直径小到足以 通过孔道的分子将易于被沸石吸附在脱水孔道和中心空穴中，而 通过孔道的分子将易于被沸石吸附在脱水孔道和中心空穴中， 直径过大无法进入孔道的分子将被排斥。这就是人们所熟知的“ 直径过大无法进入孔道的分子将被排斥。这就是人们所熟知的“ 分子筛”的筛分能力；另外， 分子筛”的筛分能力；另外，分子筛对分子的极性大小具有选择 作用，极性越大可越容易被极化的物质，就越容易被吸附。 作用，极性越大可越容易被极化的物质，就越容易被吸附。 ② 高效吸附 沸石具有高效吸附性，特别是对水、氨、硫化氢、二氧化碳等分 沸石具有高效吸附性，特别是对水、 硫化氢、 子具有很强的亲合力。 子具有很强的亲合力。
品种 自然界已发现的沸石有30多种，较常见的有方沸石、菱沸石、 自然界已发现的沸石有30多种，较常见的有方沸石、菱沸石、 30多种 钙沸石、片沸石、钠沸石、丝光沸石、辉沸石等，都以含钙、 钙沸石、片沸石、钠沸石、丝光沸石、辉沸石等，都以含钙、钠 为主。它们含水量的多少随外界温度和湿度的变化而变化。 为主。它们含水量的多少随外界温度和湿度的变化而变化。晶体 所属晶系随矿物种的不同而异，以单斜晶系和正交晶系（ 所属晶系随矿物种的不同而异，以单斜晶系和正交晶系（斜方晶 系）的占多数。方沸石、菱沸石常呈等轴状晶形，片沸石、辉沸 的占多数。方沸石、菱沸石常呈等轴状晶形，片沸石、 石呈板状，毛沸石、丝光沸石呈针状或纤维状， 石呈板状，毛沸石、丝光沸石呈针状或纤维状，钙十字沸石和辉 沸石双晶常见。沸石主要形成于低温热液阶段， 沸石双晶常见。沸石主要形成于低温热液阶段，常见于喷出岩气 孔中，也见于热液矿床和近代温泉沉积中。 孔中，也见于热液矿床和近代温泉沉积中。
4.处理城市污水和地下水 处理城市污水和地下水 利用丝光沸石吸附工艺可以生产富氧空气。 利用丝光沸石吸附工艺可以生产富氧空气。日本琦玉县所泽市 污水处理厂， 污水处理厂，利用投送活化污染工艺代替原来的空气活化污染工 艺生产富氧空气。富氧装置主要由3个吸附塔组成，每个塔充填 艺生产富氧空气。富氧装置主要由 个吸附塔组成， 个吸附塔组成 天然,丝光沸石 天然 丝光沸石5.9m， 生产能力为 丝光沸石 ， 生产能力为120mg/h，氧气浓度为 ， 85%-90%。新工艺的优点是设备占地面积小，因为不需要沉 。新工艺的优点是设备占地面积小， 降池和其它设备，其次是运转过程没有噪声， 降池和其它设备，其次是运转过程没有噪声，也不散发令人不快 的气味。 的气味。
2.降低氟含量 2.降低氟含量 我国高氟地区水的氟含量严重超标， 我国高氟地区水的氟含量严重超标，高氟严重危害了人们的身体 健康。刘文质等人应用40-80目斜发沸石制作了除氟吸附过滤器。 健康。刘文质等人应用40-80目斜发沸石制作了除氟吸附过滤器。 40 目斜发沸石制作了除氟吸附过滤器 在氟病区进行试验，处理后不仅含氟量降低了，而且浊度、 在氟病区进行试验，处理后不仅含氟量降低了，而且浊度、铁、 汞、总硬度都得到了一定程度的改善。 总硬度都得到了一定程度的改善。
辉
钠
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 铯
发
结构特点 沸石很多种，已经发现的就有 种 沸石很多种，已经发现的就有36种。它们的共同特点就是具有架 状结构，就是说在它们的晶体内，分子像搭架子似地连在一起， 状结构，就是说在它们的晶体内，分子像搭架子似地连在一起， 中间形成很多空腔。因为在这些空腔里还存在很多水分子， 中间形成很多空腔。因为在这些空腔里还存在很多水分子，因此 它们是含水矿物。这些水分在遇到高温时会排出来， 它们是含水矿物。这些水分在遇到高温时会排出来，比如用火焰 去烧时，大多数沸石便会膨胀发泡，像是沸腾一般。沸石的名字 去烧时，大多数沸石便会膨胀发泡，像是沸腾一般。 就是因此而来。我们知道沸石中的水分可以跑出来， 就是因此而来。我们知道沸石中的水分可以跑出来，但这并不会 破坏沸石内部的晶体结构。因此， 破坏沸石内部的晶体结构。因此，它还可以再重新吸收水或其他 液体。于是，这也成了人们利用沸石的一个特点。 液体。于是，这也成了人们利用沸石的一个特点。我们可以用沸 石来分离炼油时产生的一些物质，可以让它使空气变得干燥， 石来分离炼油时产生的一些物质，可以让它使空气变得干燥，可 以让它吸附某些污染物，净化和干燥酒精等等。 以让它吸附某些污染物，净化和干燥酒精等等。