沸石去除饮用水源中有机污染物的展望

wumeizx · 发表于 2012-12-21 09:28:37

1 沸石的吸附特性
  　　沸石是一种含水架状结构的多孔硅铝酸盐矿物质，构成其骨架的最基本结构是硅氧(SiO4)四面体和铝氧(AlO4)四面体，在这种四面体中，中心是硅(或铝)原子，每个硅(或铝)原子的周围有4个氧原子，各个硅氧四面体通过处于四面体顶点的氧原子互相联接起来，形成所谓的巨大分子，其中在铝氧四面体中由于一个氧原子的价电子没有得到中和，使得整个铝氧四面体带有一个负电荷，为保持电中性，附近必须有一个带正电荷的金属阳离子(M+)来抵消(通常是碱金属或碱土金属离子)。
  　　沸石具有空旷的骨架结构，晶穴体积约为总体积的40%～50%，独特的晶体结构使其具有大量均匀的微孔，孔径大多在1nm以下。其均匀的微孔与一般物质的分子大小相当，由此形成了分子筛的选择吸附特性，即沸石孔径的大小决定可以进入其晶穴内部的分子大小，只有比沸石孔径小的分子或离子才能进入。
  　　与其他多孔物质相比，沸石具有很大的比表面积，仅次于活性炭。沸石与活性炭吸附剂不同，后者的吸附力完全是色散力，而前者不仅色散力很大，还有较大的静电力。这是因为孔穴中含有阳离子，骨架氧含有负电荷，这样在阳离子的周围便形成强大的电场，这种静电作用的大小，对于极性分子：
  　　Φp=(CA+μp)/r2
  　　对于非极性分子：
  　　Φnp=α·CA2/2r4
  　　式中　CA——阳离子电荷
  　　　　μp——极性分子的偶极矩
  　　　　r——相互作用的距离
  　　　　a——吸附分子极化率的理论极矩
  　　这样，色散力与静电力的加和造成沸石的吸附力特别强，正是由于静电力，沸石对极性、不饱和、易极化分子具有优先的选择吸附作用。即沸石本身是一种极性物质，其中阳离子给出一个强的局部正电场，吸引极性分子的负极中心，或是通过静电诱导使可极化的分子极化，极性越强或越易被极化的分子，就越易被沸石吸附。
  　　含有极性基团如-OH、>C=O、-NH2或含有可极化的基团如>C=CC=CC=O、-NH2、-C—O—C、  等强极性官能团而有可能被沸石的外表面吸附，得以部分去除。

  　　被生活污水污染带入水源的有机氮类也会有同类情况发生。

  　　六六六(1、2、3、4、5、6-六氯代环己烷)和DDT(4，4-二氯二苯基三氯乙烷)是我国当前使用较多的杀虫剂，都属卤代烃。前者分子结构对称、无极性，后者分子弱极性，二者分子直径均较大，被沸石吸附的可能性不大。苯并芘由五个苯环组合成，分子大，且无极性，不易被吸附。

  　　其他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，有望被沸石吸附。

  　　近期国内已有资料报导，沸石对水中微量苯酚及石油产品有较好的去除效果。
  　　有文献介绍，沸石可以吸附一部分分子直径大于其孔穴的有机物(指在气体吸附中)，这是因为沸石外表面有102～103 nm的大孔，其骨架有一定的伸缩性。

  　　综上所述，某种有机污染物能否被沸石吸附，除极性分子较非极性分子易吸附外，分子的大小是主要因素，随着被吸附分子直径的加大，进入空腔的分子数目就会减少。根据极性强弱和分子大小的不同，水分子、有机物分子、金属离子在沸石孔穴中会产生竞争吸附。同时水源不同，效果也会有较大差异，只能通过试验来确定。

  3 结论


  　　作为吸附剂，沸石与活性炭不同。活性炭是一种非极性吸附剂，易吸附非极性分子，且孔隙范围较沸石大，吸附不同直径有机物分子的范围较沸石有利。而沸石是极性很强的吸附剂，对极性分子和不饱和分子有很强的亲和力，对非极性分子中极化率大的分子也有较高的选择吸附优势。
  　　对当前饮用水中常见的NH3-N，沸石的吸附能力远超过活性炭，对氯化消毒的副产物CHCl3等，以及其他一些极性小分子有机物的去除能力，也会强于活性炭。总之，沸石价廉易得，是一种很有前途的水处理滤料。若将沸石与活性炭吸附工艺联合使用，相互取长补短，有望使饮用水源中的各种有机物得到更全面和彻底的去除。

dsvbb · 发表于 2013-7-29 22:54:16

我的啦嘿嘿

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