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摘要：近年来，随着人们环保意识的提高，人们更加重视环境的治理工作。而沸石由于其具有离子交换、高效选择性吸附、催化、耐酸、耐热、耐辐射等特性，成为了环境治理工作的重要物质，它在环境治理中发挥着重要的作用。本文就沸石在环境治理工程中的应用进行探讨，在介绍沸石结构和性能的基础上，详细地阐释了其在环境治理工程中的具体应用，以供参考。
关键词：沸石 环境治理工程 应用
众所周知，沸石分为合成沸石和天然沸石两种，人们一直以来都要在研究天然沸石。随着科研人员对天然沸石研究的深入开展，天然沸石被广泛的应用在了环境治理过程中。我国近年来随着工业发展，环境污染问题突出，为了治理环境，沸石被应用在了污染物处理中，沸石会更好的吸附空气或污水中的原子，起到保护环境的作用，为此，为了保护环境，必须要加大沸石在环境治理中的应用。
一、沸石的结构和具有的性能
沸石是一族具有连通孔道的呈架状构造的含水铝硅酸盐矿物,其基本组成为M4/n。((AlO2)a(SiO2)b)·wH2O。式中M是碱金属或是碱土金属阳离子,n是阳离子价数,W是水分子数,a和h是小整数,a+b是晶胞四面体的总数,b/a是硅铝比,一般为1一5。
沸石结构可以分为三个部分:铝硅酸盐构架、构架中相互连结的孔隙(孔道和空穴)、在孔道或空穴中的阳离子和水分子。构架中硅氧四面体内的硅四价阳离子常被铝三价正离子置换,出现过剩负电荷,由碱土金属离子补偿,这些补偿阳离子与晶格结合力很弱,具有很高的自由度,活跃在孔道中,使沸石具有优良的离子交换性能。构架中连通的孔道、孔穴使沸石拥有很大的内表面积,特别当“沸石水”受热溢出后,通道和孔穴更加空旷,相应内表面积更加巨大。而且脱水沸石晶穴内部具有很强的库仑场和极性,表现出强烈的吸附性,加之沸石孔道大小均匀,尺寸固定,形状规则,因此吸附具有选择性,即具有分子筛和离子筛的功能。此外,沸石还具有耐酸、耐高温、耐辐射等性能。这些物化性能决定了沸石在环境治理方面必将具有广泛的应用前景。
二、沸石在环境治理工程中的具体应用
2.1沸石吸附各种重金属离子，在净化水源方面的应用
有色金属矿山、冶炼厂以及金属表面化学处理和化学工业等部门排放含重金属阳离子的废水,严重污染环境,危及人类身体健康。天然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。
湖北鄂州太和丝光沸石经酸或碱溶液活化后制成的沸石吸附剂,处理bP,干浓度为207m扩1,pH二2的含重金属离子废水,以10扩l的用量,常温吸附120min,对PbZ斗吸附率达9.1%,吸附饱和后的沸石吸附剂可方便地使用NaCI溶液洗脱再生。山东胶州沸石经破碎过40目筛,以1:50重量比处理浓度为30o0m群1的含铬离子废水,铬离子的去除率可达9%以上。甘肃白银斜发沸石经活化后,制成粒度为0.5一2.smm的滤料,可使含铁离子达12.om扩1的工业废水净化至铁离子为0.3m/1以下,达到饮用水标准。北京市某单位利用斜发沸石除去镀锌业废水中的锌离子,试验结果表明斜发沸石的除锌效果良好,可使锌离子含量降至排放标准。另外,活化沸石还可消除废水中的钱离子和硫酸根离子、氨态氮等。
在我国的辽河水系绝大部分河流水质超过地面水V类标准,其中的主要污染参数为氨氮、高锰酸盐指数,铜、氰化物,汞也有超标现象。松花江水系主要污染参数是总汞、高锰酸盐指数。已有大量的实际应用表明,沸石用于处理和净化水资源中Pb2+、Cr3+、Hg+、Cu+2等不同重金属离子具有广泛的应用前景。
2.2沸石在净化空气，保证空气质量中的具体应用
沸石具有强大的吸附功能，对极性分子如H2O、NH3、H2S、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，因此是性能稳定、吸附效果良好的吸附剂，可用于废气处理和空气净化。
铱和铂—铑/氧化铝在汽车尾气的处理中是良好的催化剂，Shigeru等的研究表明用天然沸石作为载体，可在汽车发动机内有效的转化NOx(转化率70%)，并可完全去除烃类物质。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆RanjaniV.Siriwardane[5]等人用天然沸石、采用变压吸附(PressureSwingAdsorption)工艺研究了天然沸石对CO2的吸附。此工艺在高压下吸附气体，低压下释放，从而使沸石得以再生。所采用的三种天然沸石(菱沸石和两种不同的斜发沸石)在吸附CO2、N2、O2(体积含量15%CO2,82%N2和3%O2)时，对CO2优先吸附，而且吸附容量大，如菱沸石的吸附容量为2.5～3mol/kg(吸附时压力为17～20个大气压)，从而实现了CO2与N2、O2的分离。
另外，改性沸石作为吸附剂，可去除污染室内空气中的乙醛、甲醛、硫醇等污染物。以天然沸石或天然沸石与活性炭制成过滤材料对烟气(主要成分SO2、NH3、CO2、亚硝胺以及其他有机气体)进行吸附过滤，可降低这些有害组分对大气的污染。
2.3沸石作为环境材料的应用
为了扼制全球性环境污染对人类自身发展构成的严重威胁 ,人们一方面致力于污染的治理 ,同时努力研制新型环境材料 ,以求在源头上避免或减少污染的产生。沸石的环境属性使它在这方面大有作为。三聚磷酸钠 ( STPP)对水系的磷污染 ,严重到很多国家通过立法限制含磷洗涤剂的生产。 4 A孔径的A型沸石及低 Si /Al比、孔径为 8•A的 X 型沸石 ,对水中 Ca2+、 Mg2+、 Fe2+等有很强的交换能力 ,可以提高洗涤剂中表面活性剂的清洁效果 ,而且对活性剂的吸附性比 STPP强5倍 ,比氨基醋酸盐 ( N TA)强 3倍 ,同时对洗涤废液中的染料、油、低溶解度盐有很强的吸附和沉淀作用 ,加之价格比ST PP便宜 ,因此人们现在或直接用沸石取代 ,或者将沸石与少量 ST PP、 N TA、硅酸钠、苏打灰制成粒度为 4～ 6μm的复合助剂取代 STPP,合成无磷、低磷洗涤剂。
美国《WHO》杂志 1996年统计: 1995年全球死亡人数为 5200万 ,其中因病菌传染致死的人数为 1700万。艾滋病、大肠菌 Q157近年来更令人谈虎色变。 在高科技发展的今天,控制和消灭有害细菌 ,是保护人类健康的重要举措。 近年来人们研制出具有抗菌功能的材料 ,用于服装、鞋、帽、家用电器、卫生陶瓷洁具、涂料、塑料膜、建筑板材等方面。抗菌沸石作为新兴无机抗菌材料已遂步显示出它的价值。Zeomic X AW IOD是载银或载银和锌的 A型沸石 ,是日本 Sinanen Zeomic公司的专利产品。制备工艺是: 将纳沸石与银、锌盐类溶液 ( Ag∶ Zn= 5∶ 14)接触进行离子交换,而后在 500℃下干燥,经超细粉碎得 1. 6μm的产品,其安全性、耐热性、抗菌性、持久性好，广泛用于纺织品、容器、薄膜、涂料中。 肖士民等用熔盐离子交换法制备出抗菌锌型沸石 ,试验证明对大肠杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌有杀灭能力。章莉娟等采用液相离子交换法 ,在沸石上接枝杀菌性 Zn2+、 Ca2+、 Ag2+制成抗菌沸石,对大肠杆菌、霉菌的抗菌实验表明 ,杀菌性能良好。李酽制备的成本低 ,活性高的沸石杀菌除臭涂料,能缓慢释放活性组份,有长效灭菌 ,吸臭功能,可在住宅、医院、餐厅、家电外表涂层使用。
利用沸石与环境协调、相容的特性,美国研制并生产细粒沸石作杀虫剂载体 ,液态肥悬浮剂、分散剂 ,用铅沸石生产铅-酸电池电极。日本用绿沸石作食用油、果酒、啤酒的过滤剂。 日本、我国浙江等地将沸石掺入化肥中制备出复合肥料。韩成等在北京市朝阳、海淀、昌平的养猪、养鸡场进行在畜禽饲料中添加,在圈养舍内撒布河北赤城斜发沸石的实验 ,获得良好的效果 ,不仅猪肉日增产量提高0. 57% ,鸡蛋产量提高 1. 43% ,提高饲料利用率 ,降低生产成本 ,而且降低了圈舍内有害气体浓度,改善了劳动环境和周边水体环境,保护了水资源。 将发沸石与 8-羟基喹啉、阿司匹林、硫酸盐等制备成保鲜剂 ,通过吸附植物生长激素—乙烯和杀菌作用 ,延长鲜花、鲜果等的生命周期。国外还利用沸石制备出超轻质、耐高温、抗磁、抗幅射、抗噪音、阻燃、防水、杀菌等环保型建材用于特殊场所。
2.4沸石在治理放射性废物方面的具体应用
天然沸石有很强的耐核子裂变幅射的能力,对 137 Cs、90 Sr 有高选择性交换功能,各国科学家进行了广泛的用沸石处理和消除放射性污染的研究。美国加州大学 Los Almes 实验室将斜发沸石粉与絮凝剂混合后,用于初级污水中提取137 Cs；爱达荷州 Arco 国家反应堆试验站用装有粒状斜发沸石的钢筒作为半衰期分别为 25 年、33 年的 90Sr 和 137Cs的离子交换柱,当交换达到筒的容量时,将筒掩埋。人们还设计将浓缩放射性污物贮存筒或离子交换柱放在衬垫很厚的斜发沸石的洞中,沸石能起到过滤、捕集泄漏或沥出的小量放射性物质的作用。将斜发沸石加到被 90Sr 污染过的土坯中,结果植物 Sr 的吸收量明显降低,这对放射性散落地区的处置有重大意义。我国也作过有实用价值的研究,将斜发沸石当作从介质的无机离子交换剂。
近年来人们还试验通过高温熔化沸石,让其与放射性废渣反应固化成化学性质较稳定的陶瓷、玻璃体系的物质,使放射性元素长久固定在沸石的晶格内,达到控制污染的目的。利用沸石与环境协调、相容的特性，国外还利用沸石制备出超轻质、耐高温、抗磁、抗幅射、抗噪音、阻燃、防水、杀菌等环保型建材用于特殊场所。
三、结束语
我国的沸石资源十分丰富,为了保护环境，我国正在开展沸石研究工作。目前，我国很多省市都进行沸石矿床的开采工作，以便应用于环境治理。现阶段，为了更好的控制我国的环境污染，必须要加大沸石在环境治理中的应用。
参考文献：
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[4]孙慧, 李勇. 丝光沸石吸附剂应用于污染治理的研究进展[J]. 现代化工, 2018(4)
论文作者:刘旭
论文发表刊物:《防护工程》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/29
标签：沸石论文; 离子论文; 环境论文; 离子交换论文; 阳离子论文; 吸附剂论文; 放射性论文; 《防护工程》2018年第19期论文;