环境问题主要是指在全球环境或区域环境中出现了不利于人类生存和发展的现象。它是当今世界上人类面临的几个重要问题之一。
环境是人类生存和发展的物质基础,环境问题的出现和日益严重,引起人们的高度重视,促进了环境科学研究的快速发展,同时促进了环境友好和环境协调材料研究与应用的快速发展。环境友好与协调型材料是指产品或材料在整个生命周期内,各种性能不仅可以满足特定的使用需求,而且在完成其使用寿命后,对环境不构成任何危害,研制、生产和使用过程的副产品能够资源化的一类新型可再生循环利用材料。
沸石结构特殊,由铝硅酸盐格架,格架中的孔道、孔穴和阳离子以及以锢囚相存在的水分子三部分组成。格架中硅氧四面体内的Si4+常被A13+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。格架中连通的孔道、孔穴使沸石拥有很大的内表面积,特别当“沸石水”受热逸出后,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、离子筛功能。除此之外,沸石还具有耐酸、耐高温、耐辐射等性能。这些物化性能赋予了沸石独特的环境属性,也奠定了它在环境治理方面的重要地位。
(1)沸石在水处理中的应用
沸石是一种价廉的多孔矿物材料,工业上广泛用作催化剂、吸附剂、离子交换剂和废水处理剂等。
①去除有机污染物
有机污染物是一类主要污染物,沸石对有机污染物的吸附能力主要取决于有机物分子的极性和大小。极性分子较非极性分子易被吸附;随着分子直径的增大,被吸附进入孔穴的机会逐渐减小。含有极性基团如—OHO、一NH2或含有可极化基团如A、-C6H5等的有机分子,能与沸石表面发生强烈的吸附作用,二氯甲烷、三氯乙烷等都属于沸石易吸附物质之列。一些
常见的有机污染物,如酚类、苯胺、苯醌、氨基酸等,多有极性,分子直径适中,可被沸石吸附而去除。
②去除氨氮
去除氨氮是利用沸石对阳离子的选择性交换和再生特性。
斜发沸石对阳离子交换顺序为:Cs+>Rb+>K+>NH4>Sr2+=Ba2+>Ca2+>Na+>>Li。在上述各种阳离子共存的溶液中,除CS+、Rb+、K外,优先吸附的是NHI。国内外在用天然沸石除氨氮方面作了较多的研究,对它
在污水处理中的应用条件、再生工艺等进行了生产性试验,并建成了一定生产规模的污水处理厂。美国明尼苏达州的 Rosemont污水厂,处理水量为2260m3/d。先将原水进行一定的前处理,用斜发沸石进行离子交换,处理后水中氨氮去除率达到95%以上。
回收氨,以及回收CO、NO等氮氧化物;用于汽车尾气处理剂,吸附其中的有害
气体,减轻环境污染。
除臭
作为吸附剂类除臭而广泛应用的活性炭,对氨等低分子气体除臭效果并不理想,而且成本高,而沸石虽对氨的除臭有效,但如单独使用,其吸附量也不大。一般斜发沸石对氨的吸附量为3.42~9.12mg/g,因此需要对天然沸石进行。
活性处理
以沸石为载体,以除臭性能优异的H3PO4、Al(H2PO4)3、KH2PO4等作为成粒成分,产品稳定,有吸附量大、除臭效果持久的特点。同时,此类除臭剂有足够的强度,而且无吸湿性,耐大气性能好。与湿法除臭比较,由于除臭设备简单,设备费用和生产成本低,使用后不会使颗粒强度降低,也不会产生破坏所致的形状变化,反应后从设备中取出抛弃或转入再生工序都很方便,只需通过加热等简单方法。抛弃时无危险,而且既可作为肥料,又可作为土壤改良剂。
