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        X型沸石吸附性能的研究進展

        2020-02-04 07:43:51于思佳高建平
        現(xiàn)代鹽化工 2020年5期

        于思佳 高建平

        摘 要:工業(yè)廢水的大量排出,對生態(tài)環(huán)境造成了不可逆的破壞。作為一種廉價、高效且易得的天然礦石,X型沸石在廢水處理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來,眾多國內(nèi)外學(xué)者在污水處理方面對X型沸石的性能進行了深入的研究。介紹了X型沸石的結(jié)構(gòu)、吸附性能及其在污水處理方面的應(yīng)用,提出了目前研究存在的問題,并對未來的研究工作提出了一些建議。

        關(guān)鍵詞:X型沸石;吸附性能;重金屬離子;有機染料;二氧化碳

        基金項目:河北農(nóng)業(yè)大學(xué)理工基金(ZD201705)

        近年來,工業(yè)化生產(chǎn)使水污染日益嚴(yán)重。工業(yè)廢水就是其中之一。工業(yè)廢水具有一定的揮發(fā)性,會產(chǎn)生刺激性氣味[1],有害化合物進入人體后,長期積累會引起各種慢性病[2],所以,對污水的綠色處理迫在眉睫。工業(yè)廢水的綠色處理有很多種,其中物理吸附法因易操作且高效等優(yōu)點備受人們關(guān)注。X型分子篩的晶胞組成為Na56[Al56Si136O384]·264H2O[3],結(jié)構(gòu)為八面硅氧骨架,具有比表面積大、孔徑大小適中、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特性,其分子內(nèi)部存在的骨架負電荷使其具有較強的吸附性能,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于污水處理、催化裂化等方面。本研究將對改良的X型沸石的特性進行綜述,著重對其吸附性能進行介紹,并結(jié)合目前存在的問題對未來的研究工作進行了展望。

        1 X型沸石吸附性能

        1.1 重金屬離子的吸附

        重金屬離子主要來源于煤礦、冶鐵、涂料等工廠排放的廢水。臧曄等[4-5]以烏海地區(qū)煤矸石為原料,運用傳統(tǒng)水熱合成法,在金屬體系中合成LSX型沸石。考察了各種影響沸石合成的因素,找出了一條最佳的合成路線。發(fā)現(xiàn)沸石對Zn2+、Ni2+為非均相吸附,即同時存在物理吸附與化學(xué)吸附??河窦t等[6]研究了X型沸石對含Cu2+模擬廢水溶液,金屬離子初始濃度、溶液pH對Cu2+去除效果的影響,研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)pH=6時,吸附量最大,吸附效果最佳;李豪瑞[7]通過亞氨基二乙腈(IDAN)合成偕氨肟來改良X型沸石,改性后的X型沸石用于去除去Ru3+和Cs+。結(jié)果發(fā)現(xiàn),該反應(yīng)可通過離子交換作用來實現(xiàn)化學(xué)吸附。

        王思陽[8]采用堿熔融-水熱法合成X型沸石,實驗的主要方法為控制變量法。研究發(fā)現(xiàn),X型沸石對Cu2+、Hg2+的吸附量是煤矸石的4.0倍,由此看來,改性后的X型沸石化學(xué)吸附性能更強,所以,對X型沸石的改性研究是重點發(fā)展方向。

        張萌萌[9]利用煤矸石制備出形態(tài)完好的NaX型沸石分子篩。將實驗制得的NaX型沸石分子篩用作吸附劑,研究了該沸石分子篩對Cd2+、Cr3+、Cu2+這3種重金屬離子在不同系統(tǒng)中的吸附效果。發(fā)現(xiàn)當(dāng)堿溶液與煤矸石的配比為1.2∶1.0、pH為4時,改良的X型沸石對重金屬的吸附效果最佳,并且隨著溶液濃度的增加,X型沸石對3種金屬離子的吸附量相應(yīng)增加。同時,經(jīng)過不同方法改良的X型沸石分子篩中,有機改性的煤矸石吸附效果最好。

        施平平等[10]利用水熱合成技術(shù),制備出納米X型沸石,研究了納米X型沸石分子篩對Ni2+的吸附效果,考察了納米X型沸石分子篩用量、pH、溫度等對Ni2+的吸附效果的影響。結(jié)果表明,當(dāng)溫度達到25 ℃、吸附時間為5 min、pH約為5.0時,吸附量達到最大,同時,發(fā)現(xiàn)該納米級X型沸石分子篩可以循環(huán)利用。

        1.2 有機染料的吸附

        隨著人們審美的提高,服裝的色彩備受關(guān)注,但含染料的廢水由于其色度很高,極難去除,產(chǎn)生了“有機染料如何處理”這一問題。

        董衍玲[11]探究了多孔沸石對染料廢水中的有機染料羅丹明B、亞甲基藍和甲基橙的吸附效果。結(jié)果表明,多孔材料的內(nèi)孔易于吸附染料分子,且可通過煅燒法再次回收利用,其吸附能力不隨之降低。JAMIl T S等[12]以X型沸石為原料研究了其吸附亞甲基藍的最佳條件,發(fā)現(xiàn)其吸附完全符合Langmuir和Freundlich模型。何杰等[13]發(fā)現(xiàn)天然沸石與活性炭共同使用時對致色有機物有明顯的去除效果,幾乎能將廢水中的染料完全去除。陶紅等[14]以天然礦石為原料合成13X沸石,發(fā)現(xiàn)其吸附速率非常快,尤其是對苯酚。13X沸石對苯酚的最大吸附量為10 mg,且符合Freundlich吸附等溫式。雖然沸石對有機染料有較強的吸附性,但沸石吸附的專一性不高,這一點仍有待提高。

        黃佳佳[15]利用粉煤灰,用堿熔融法合成了無雜晶生成的NaA和NaX型沸石,研究了吸附劑的用量、溶液pH、吸附溫度等因素對吸附能力的影響,發(fā)現(xiàn)NaX型分子篩的吸附能力最大。

        1.3 二氧化碳的吸附

        CO2近年來在化工生產(chǎn)領(lǐng)域的用途越來越廣,CO2是工業(yè)合成尿素、阿司匹林、備水楊酸及其衍生物和脂肪酸的重要原料。同時,CO2還是良好的制冷劑[16],不會對環(huán)境造成二次污染。作為高效的超臨界萃取劑,其萃取能力比有機溶劑高出幾十倍甚至上百倍,超臨界CO2萃取已在工業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用,如從酒花中萃取黃腐酸、從咖啡中提取咖啡因、從油料作物中提取油脂等質(zhì)。李鵬飛[17]研究了利用PAS和TSA氣體分離技術(shù)提高X型沸石對CO2的吸附容量,同時,考察了X型沸石形成過程中對黏合劑和焙燒溫度的選擇、溶液的堿處理對沸石分子篩吸附性能的影響以及粉體X型沸石分子篩改性研究,并制備出了具有高吸附容量的X型沸石分子篩。

        2 結(jié)語

        改良后的X型沸石具有規(guī)整的八面體籠孔結(jié)構(gòu)和活性較強的酸堿位點,在廢水處理方面表現(xiàn)出不可替代的功能特性。

        如何快速實現(xiàn)反應(yīng)后的固液分離、如何保證吸附的專一性、如何更好地進行結(jié)構(gòu)改良來提高沸石的利用率等問題都亟待解決。同時,在進行工業(yè)生產(chǎn)時,要盡量減少三廢的排放,盡可能從源頭上杜絕污染,選擇一條經(jīng)濟合理、技術(shù)先進、安全可靠、符合環(huán)保要求、易于實施的工藝路線,真正實現(xiàn)綠色化學(xué)。

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        Research progress of adsorption properties of X zeolite

        Yu Sijia, Gao Jianping

        (College of Science & Technology, Hebei Agricultural University, Huanghua 061100, China)

        Abstract:The large discharge of industrial wastewater has caused irreversible damage to the ecological environment. As a cheap, efficient and readily available natural ore, X zeolite has a broad application prospect in wastewater treatment. In recent years, many scholars at home and abroad have conducted in-depth research on the properties of X zeolite in sewage treatment. The structure, adsorption properties and application in sewage treatment of X zeolite were introduced. The existing problems in current research were put forward, and some suggestions for future research were put forward.

        Key words:X zeolite; adsorption properties; heavy metal ions; organic dyes; carbon dioxide

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