【正文】 另外，天然沸石還運(yùn)用于城市污泥處理。在超微沸石超高效凈化器內(nèi) ,污水與凈水劑在極短時間內(nèi)得以充分混凝 ,使污水在設(shè)備里充分曝氣 ,提高污泥沉淀效率 ,從而取代大容積的污泥沉降池 ,既節(jié)約了空間又縮短了流程。由于具有很小的晶粒尺寸和很大的比表面積 ,故其表面原子數(shù)與體相原子數(shù)之比隨著晶粒尺寸的減小而急劇 增大 ,表現(xiàn)出明顯的體積效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng) ,從而具有獨特的物理化學(xué)性質(zhì)。 (7) 沸石的其他研究應(yīng)用情況 沸石除了以上的在水處理中的應(yīng)用外，還有在其他水處理中的應(yīng)用。在濾柱直徑為 152cm，濾料高度 120cm，沸石粒度為 的情況下，進(jìn)行廢水的動態(tài)試驗取得了很大的成功。 匈牙利用斜發(fā)沸石包藏90Sr 處理放射性污物。 亞利桑那州 Bow ie 所產(chǎn)菱沸石破碎至 20179。美國加州大學(xué) Los Almes 實驗室將斜發(fā)沸石粉與絮凝劑混合后 ,用于初級污水中提 取 137Cs。HDTMA沸石 和磷酸鹽離子的反應(yīng)適合在堿性條件下進(jìn)行；反應(yīng)速度很快， 1 h 即可到達(dá)平衡；磷酸鹽的濃度一定時，增加沸石的質(zhì)量可有效地提高磷的去除率；和天然沸石相比，HDTMA沸石的除磷效果顯著提高；隨著磷酸鹽溶液濃度的增大，有機(jī)沸石的吸附容量增加，達(dá)到一定量時趨于平衡。 張暉 ,周明達(dá) [22]等用十六烷基三甲基溴化銨（ HDTMA）對浙江某地天然沸石進(jìn)行改性，探討了制備 HDTMA沸石的最佳條件、影響除去水中磷酸鹽的因素和除磷機(jī)理。對人和生物產(chǎn)生毒性 [21]。 磷對受納水體的危害表現(xiàn)在以下幾個方面 :造成水體的富營養(yǎng)化 。這是因為多年來在底部沉積了大量的富含磷酸鹽的沉淀物，它由于不溶性的鐵鹽保護(hù)層作用通常是不會參與混合的。水體中過量的磷一方面來自外來的工業(yè)廢水和生活污水。據(jù)有關(guān)資料說明，在過去的 15年內(nèi)地表水的磷酸鹽含量增加了 25 倍，在美國進(jìn)入水體的磷酸鹽有 60％是來自城市污水。用 AlCl3溶液對其改性后，去除率明顯升高，可達(dá) 95％處理后廢水殘氟量可降到 10mg/L 以下，達(dá)到國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)中的一級標(biāo)準(zhǔn)。 李水芳，李夢 [20]等對含氟量為 1836mg/L 解工序堿性廢水用沸石進(jìn)行除氟試驗。所以， 在用天然沸石除氟前須先對其進(jìn)行活化處理。而一種新型的降氟材料 — 活化沸石正越來越受到人們的關(guān)注。因此改善水質(zhì)， 飲用適宜含氟水是預(yù)防地方性氟病發(fā)生的根本措施。發(fā)病的潛伏期一般在 10 年以上。氟骨癥患者生活質(zhì)量大大降低，表現(xiàn)為四肢和脊柱關(guān)節(jié)疼痛，活動受限制，嚴(yán)重時胸腰椎曲呈畸形。氟斑牙與在高氟區(qū)生活的年齡有關(guān)，尤以乳牙影響最明顯。它們統(tǒng)稱為地方性氟中毒，簡稱地氟病。 （ 4）去除水中的氟 適量的氟為人體所必需，它能吸附在牙釉質(zhì)上，與羥磷灰石結(jié)合，形成堅硬質(zhì)密的氟磷灰石表面保護(hù)層，起到防齲作用。 HDTMA 改性沸石吸附曲線不穩(wěn)定，伴隨有脫附現(xiàn)象。 CPB 改性沸石對 Cr ( Ⅵ ) 吸附率受改性溫度影響小于蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 14 HDTMA 改性沸石。對其性能與影響因素進(jìn)行了比較 , 實驗結(jié)果表明： CPB 改性沸石處理含 Cr ( Ⅵ ) 沸石廢水的效果 , 優(yōu)于 HDTMA 改性沸石 , 是天然沸石改性處理含 Cr ( Ⅵ ) 廢水的優(yōu)良改性劑。特別是用堿處理過的沸石 , 其吸附量可以得到大大提高。重金屬的防治與治理已刻不容緩。例如，錳對人體骨骼生長發(fā)育具有重要作用，缺錳則表現(xiàn)為骨骼生長失調(diào)，生殖機(jī)能和神經(jīng)功能紊亂；幾乎所有部位的癌癥死亡率都與硒的表觀攝取量星負(fù)相關(guān)。而重金屬廢水又是對環(huán)境污染最嚴(yán)重和對人類危害最大的工業(yè)廢水，震驚世界的日本“水俁病”和“痛疼病”就是分別由含汞廢水和含鎘廢水污染環(huán)境所造成的。 （ 3） 去除水中重金屬離子 重金屬廢水主要來自礦山坑道排水、廢石場淋濾水、選礦尾礦排水、有色金屬冶煉廠除塵排水、有色金屬加工廠酸洗廢水、電鍍廠鍍件洗滌水、鋼鐵酸洗排水及電解、農(nóng)藥、醫(yī)藥、油漆、染料等工業(yè)所排放的廢水 [18]。其特點是廢水量大、水質(zhì)復(fù)雜、有機(jī)物濃度高、難生物降 解、色度深、水質(zhì)變化快而無規(guī)律等特點，其中以染料的污染最為嚴(yán)重 [17]。 pH值對改性沸石吸附水中苯胺的效果影響較為明顯 ,室溫時酸性介質(zhì)條件比堿性介質(zhì)條件更有利于改性沸石的吸附。結(jié)果表明：改性沸石對苯胺的吸附效果比較明顯 ,吸附速率也比較快 ,在實驗條件下吸附時 120min 時改性沸石對苯胺的吸附基本達(dá)到平衡 ,吸附率為 85. 4 %。沸石去除水中溶解狀分子物質(zhì)時，吸附起主要作用，而去除水中離子狀污染物時離子交換和吸附兩種行為共同作用的結(jié)果，以離子交換為主。對于多數(shù)有機(jī)污染物的去除，在目前使用最廣的還是生化法，尤其是吸附法。由于大分子腐殖酸會干擾氨氮的去除 ,去除大分子的腐殖酸有助于提高沸石去除氨氮的效果。結(jié)果表明：腐殖酸對氨氮的去除有影響 ,蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 13 含量越高 ,影響也越大。又因為天然沸石是一種較廉價的礦物質(zhì) ,成本較其它吸附劑低 ,再生成本低 ,再生液經(jīng)吹脫后可重復(fù)利用 ,由此表明沸石是一種較為理想的脫氮吸附劑。吳連成 , 馮靈芝 [13]等人在靜態(tài)試驗條件下 ,研究了沸石對高含氨氮味精廢水的處理效果 ,考察了沸石粒徑、沸石用量及再生方法的不同對吸附作用的影響 . 試驗表明：粒徑越小 ,吸附能力越強(qiáng) 。因此， 在上述各種陽離子共存的溶液中， 除 Cs+， Rb+和 K+外，優(yōu)先吸附的是 NH4+ 。因此，有效地去除氨氮成為水處理的重要內(nèi)容之一。在給水處理中，會使消毒劑的耗量增大。正因為沸石是一種天然的、無毒的、無味的且對環(huán)境沒有影響的吸附劑，沸石在水處理中應(yīng)用非常廣泛。其顯著特點是孔隙度高、比表面積大，離子交換性、吸附性、催化性、耐酸性、耐熱性、耐輻射性等性能優(yōu)異 , 因此被廣泛用于石油化工、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)牧業(yè)、建材工業(yè)、輕工業(yè)及高新尖端技術(shù)等領(lǐng)域。通過用不同大小的陽離子交換天然沸石內(nèi)原有的陽離子 ,改變陽離子的數(shù)目或 在天然沸石的孔口附近交換上新的陽離子等方法可以改變天然沸石孔道的尺寸 ,沸石和陽離子之間的相互影響和相互作用也會賦予沸石新的吸附性能。而提高硅鋁比 ,降低沸石中鋁元素的含量 ,則可以使得沸石的親水能力下降 ,疏水能力提高 ,有利于其對水中蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 12 的有機(jī)污染物的吸附。另一方面 ,經(jīng)鋁代硅后的沸石 ,能夠使其晶胞變大 ,造成沸石中的空穴體積也相應(yīng)變大 ,由于沸石吸附某物質(zhì)的分子數(shù)與空穴體積的大小呈正比 ,空穴體積的加大將使沸石的吸附容量增加。沸石是鋁元素取代硅氧四面體中的硅元素所形成的含水硅鋁酸鹽礦物。 (3) 結(jié)構(gòu)改性 ① 骨架元素的改性 沸石主要骨架元素為硅元素和鋁元素 ,是決定沸石基本性質(zhì)的主要因素。而利用 ClNH4 和 CaCl2溶液對天然沸石進(jìn)行改性處理 ,也能夠大幅度提高沸石對陽離子的吸附能力。 (2) 表面改性 在沸石的表面上覆蓋一層多孔的、等電點高的改性劑 ,可以使改性后的沸石在保持原有優(yōu)點的基礎(chǔ)上 ,獲得新的功能。 ③ 經(jīng)活化后的沸石能增強(qiáng)其吸附活性中心。通常認(rèn)為是由以下幾個方面的原因造成的 : ① 經(jīng)高溫焙燒后的天然沸石其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)水會逸出 ,形成疏松多孔的海綿狀結(jié)構(gòu) ,同時使通道和孔穴更加空曠 ,內(nèi)表面積相應(yīng)的增大 ,使其吸附和離子交換能力得到提高 。一般高溫焙燒活化與無機(jī)酸活化這兩種方法往往配合使用。采用硫酸、鹽酸等無機(jī)酸可對沸石進(jìn)行預(yù)活化。培燒溫度過低往往起不到活化的效果 ,而溫度過高通常會造成沸石結(jié)構(gòu)的破壞。 (1) 活化處理 沸石的活化方法一般有高溫焚燒和無機(jī)酸處理等。還可作放射性廢物清除劑，飲用水清潔劑和其它用途的優(yōu)質(zhì)吸附劑。還可作家畜（如豬、牛、兔）等的飼料添加劑。用沸石制作保鮮劑，可用于食品、水果、蔬菜的防腐保鮮。 （ 5） 在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域 天然沸石可制作農(nóng)藥載體和農(nóng)藥顆粒劑（緩釋劑）等。還可用來制造輕質(zhì)陶瓷和發(fā)泡輕質(zhì)陶瓷等制品，可減輕產(chǎn)品重量，提高強(qiáng)度和耐火性、不透水性等。 （ 3） 在輕工業(yè)領(lǐng)域 沸石在造紙、人造革、橡膠、鈣塑材料、三合板、洗滌劑、肥皂、牙膏等產(chǎn)品中作充填劑、涂層劑、去污劑、吸附劑、粘結(jié)劑配料、低溫漂白催化劑。 ③催化劑及催化劑載體：沸石在石油化工領(lǐng) 域主要作催化劑或催化劑載體，用于石油的催化裂化。 （ 2） 在化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域 ①在離子交換方面，沸石主要用于廢水處理，除去或回收重金屬離子，海水提鉀、海水淡化和硬水軟化，放射性廢物處理等。 ④用沸石作固化劑，可將有害廢料固定在混凝土中。還可用作農(nóng)業(yè)搞無土栽培。 ③用沸石燒制人工輕骨料“陶粒”，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、吸水率等特點 。該礦石粉碎后不再做其它加工，可直接摻入水泥熟料中而不降低其符號，從而降低水泥的生產(chǎn)成本。 沸石的用途 根據(jù)沸石的性能和特點，廣泛應(yīng)用于建材工業(yè)、農(nóng)業(yè)、輕工業(yè)、環(huán)保及國防等領(lǐng)域。 沸石除具上述性能外，還具有遠(yuǎn)紅外輻射性能和催化劑載體性能等，具有催化活性的金屬離子可以通過離子交換進(jìn)入沸石內(nèi)部，再將其 轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂写呋钚缘膯钨|(zhì)狀態(tài)或是化合物。C下處理 2 小時，試驗證明兩者均有較強(qiáng)的耐酸性，其中斜發(fā)沸石在 4N 鹽酸中處理，絲光沸石在 10mol/L 鹽酸中處理，晶體結(jié)構(gòu)均未被破壞。而河北省圍場斜發(fā)沸石巖加熱到 350450℃ ，沸石晶體結(jié)構(gòu)受到破壞，而河北赤城獨石口斜發(fā)沸石巖加熱到 600700℃ （保溫 2小時），沸石晶體結(jié)構(gòu)才完全破壞。國內(nèi)沸石巖的熱穩(wěn)定性各地不一。 （ 4）熱穩(wěn)定性 沸石巖的熱穩(wěn)定性與沸石巖中所含陽離子的種類、沸石的硅鋁比、沸石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。沸石內(nèi)部的孔穴相互溝通的通道大小決定了吸附質(zhì)能否被吸附，只有那些分子直徑小于通道直徑的吸附質(zhì)才能通過通道進(jìn)入籠內(nèi)被吸附。后二者具有良好的理化性能和豐富的離子交換基團(tuán)，對水溶液中的各種離子有較大的交換吸附容量，故在廢水處理中使用較為廣泛。無機(jī)離子交換劑包括天然沸石和合成沸石等。也可用于放射性廢水和有機(jī)廢水的處理。在工業(yè)廢水處理中。因而在其孔內(nèi)必然有大量的金屬陽離子以平衡其骨架電荷。 （ 2）離子交換性能 離子交換性是沸石重要性質(zhì)之一 . 它是一種借助于離子交換劑卜的離子和水中的離子進(jìn)行交換反應(yīng)而除去水中有害離子的方法。又因為晶體內(nèi)部各種構(gòu)造形式的籠 內(nèi)充填著陽離子，并且部分硅 (鋁 )氧四面體骨架氧也有負(fù)電荷，在這些離子周圍形成強(qiáng)大的電場，從而還有強(qiáng)大的靜電引力。這種現(xiàn)象被稱為 “ 分子篩 ” 作用），去除 NH4+的吸附劑。 沸石 的物理化學(xué)性能 （ 1）吸附性能 沸石晶體的大量孔穴和孔道 (孔穴度高達(dá) 40%～ 50%)，使沸石具有很大的比表面積，因此色散力強(qiáng)。色散力和靜電力的加合決定了沸石的吸附能力特別強(qiáng)。由于 Si4+被 Al3+取代形成的類質(zhì)同晶結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的負(fù)電荷，需要引入相應(yīng)在的陽離子來中和抵消之，故一般結(jié)構(gòu)的沸石均含有可交換的陽離子充斥于硅酸鹽薄層之間，其基本結(jié)構(gòu)的組成特點決定了沸石有較大的靜電力和離子交換性能。四面體中，中心硅 (鋁 )原子的周圍有四個氧原子。 沸石可視為由 (SiO2)m衍生出來的，由于一定數(shù)量的 Si4+被 Al3+所置換形成的一種含水架狀結(jié)構(gòu)的多孔硅鋁酸鹽礦物質(zhì)。 沸石的化學(xué)組成十分復(fù)雜，因種類不同有很大差異，沸石的一般化學(xué)式為： AmBpO2p178。但鋁原子是三價的，所以在鋁氧四面體中，有一個氧原子的電價沒有得到中和，而產(chǎn)生電荷不平衡，使整個鋁氧四面體帶負(fù)電，為了保持中性，必須有帶正電的離子來抵消，一般是由堿金屬和堿土金屬離子來補(bǔ)償，如 Na、 Ca 及 Sr、 Ba、 K、 Mg 等金屬離子。任何沸石都由硅氧和鋁氧四面體組成，四面體只能以頂點相連，即共用一個氧原子，而不能“邊”或“面”相連，鋁氧四面體本身不能相 連，其間至少有一個硅氧四面體，而硅氧四面體可以直接相連。按沸石礦物特征分為架狀、片狀、纖維狀及未分類四種。 沸石的礦物學(xué)特征 （ 1）沸石的分類 自然界已發(fā)現(xiàn)的沸石 40 多種，較常見的有方沸石、菱沸石、鈣沸石、片沸石、鈉沸石、絲光沸石、毛沸石、輝沸石等都以含鈣、鈉為主。已開采的有 50余處。 我國是一個沸石資源豐富的國家，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的沸石巖產(chǎn)地主要分布在我國東部，有浙江、山東、河北、黑龍江、河南、吉林、遼寧、內(nèi)蒙、廣東、廣西、福建、安徽、湖北、四川。美國有 100 多個沉積沸石產(chǎn)地，主要分布在西部各州，其中高品級沸石（斜發(fā)沸石、菱沸石、毛沸石和鈣十字沸石）礦床儲量有 億噸，總儲量估計約有 10 億噸。目前世界上已有美、日、獨聯(lián)體以及匈牙利等 40 多個國家發(fā)現(xiàn)了沸石礦床，礦床總數(shù)達(dá) 1 千個以上，集中分布在環(huán)太平洋地區(qū)和古地中海地區(qū)，僅以獨聯(lián)體和美國而言儲量就達(dá) 20億噸以上。主要見于巖漿巖 （特別是基性火山巖）的裂縫或杏仁體中，與方解石﹑ 石髓﹑ 石英等共生。另外，還有諸如全程自養(yǎng)脫氮工藝、同步硝化反硝化等工藝仍處在試驗研究階段。這樣就可以在同一個反應(yīng)器中實現(xiàn)真正意義上的同步硝化反硝化，簡化了工藝流程，節(jié)省了能量。近年來，好氧反硝化現(xiàn)象不斷被發(fā)現(xiàn)和報道，逐漸受到人們的關(guān)注。 (3) 好氧反硝化 傳統(tǒng)脫氮理論認(rèn)為，反硝化菌為兼性厭氧菌，其呼吸鏈在有氧條件下以氧氣為終末電子受體在缺氧條件下以硝酸根為終末電子受體。厭氧氨氧化的應(yīng)用主要有兩種： CANON 工藝和與中溫亞硝化蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 7 （ SHARON）結(jié)合