X型沸石吸附性能的研究進(jìn)展

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(jià)、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(jìn)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(jī)染料；二氧化碳

基金項(xiàng)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(jìn)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(diǎn)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(fù)電荷使其具有較強(qiáng)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(jìn)行綜述，著重對其吸附性能進(jìn)行介紹，并結(jié)合目前存在的問題對未來的研究工作進(jìn)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(yùn)用傳統(tǒng)水熱合成法，在金屬體系中合成LSX型沸石?？疾炝烁鞣N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(shí)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(shí)驗(yàn)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(qiáng)，所以，對X型沸石的改性研究是重點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(jī)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(dá)到25 ℃、吸附時間為5 min、pH約為5.0時，吸附量達(dá)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(jī)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(jī)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(jī)染料羅丹明B、亞甲基藍(lán)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(lán)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(jī)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?？欤绕涫菍Ρ椒?。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(jī)染料有較強(qiáng)的吸附性，但沸石吸附的專一性不高，這一點(diǎn)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(jī)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(qiáng)的酸堿位點(diǎn)，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(shí)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(jìn)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(jìn)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(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、符合環(huán)保要求、易于實(shí)施的工藝路線，真正實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 武開業(yè).氣質(zhì)聯(lián)用法測定工業(yè)廢水中的五種揮發(fā)性有機(jī)化合物[J].科技視界，2014（32）：299-300.

[2] 劉斌.大氣污染與公眾健康：空間溢出與非線性解釋[D].大連：東北財(cái)經(jīng)大學(xué)，2018.

[3] 馬麗.低硅中孔沸石的合成及孔結(jié)構(gòu)表征[D].太原：太原理工大學(xué)，2014.

[4] 臧曄.烏海地區(qū)煤矸石合成LSX型沸石及其對模擬含Zn2+、Ni2+廢水的吸附性能研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古師范大學(xué)，2019.

[5] 臧曄，王曉麗，王思陽.烏海地區(qū)煤矸石制備LSX型沸石[J].中國粉體技術(shù)，2019，25（2）：37-41.

[6] 亢玉紅，李健，高平強(qiáng)，等.利用粉煤灰基X型沸石去除廢水中的銅離子[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2018，36（6）：975-980.

[7] 李豪瑞.偕氨肟改性X型沸石的制備及其對模擬海水中Ru3+、Cs+的吸附性能研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2018.

[8] 王思陽.赤峰地區(qū)煤矸石合成X型沸石及其對銅、汞離子吸附性能的研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古師范大學(xué)，2019.

[9] 張萌萌.矸石基NaX型沸石對水中重金屬離子的吸附性能研究[D].西安：陜西師范大學(xué)，2015.

[10] 施平平，王銀葉，史艷嬌.納米X型沸石制備及其在鎳廢水吸附處理中的應(yīng)用[J].天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（2）：114-117.

[11] 董衍玲.多孔材料吸附去除染料廢水中有機(jī)染料的研究[D].哈爾濱：哈爾濱師范大學(xué)，2011.

[12] JAMIL T S，GHAFAR H H A，IBRAHIM H S，et al.Removal of methylene blue by two zeolites prepared from naturally occurring Egyptian kaolin as cost effective technique[J].Solid State Sciences，2011，13（10）：1844-1851.

[13] 何杰，劉玉林，謝同鳳.天然沸石用于去除水體中有機(jī)污染物的效果[J].水處理技術(shù)，1998（5）：40-42.

[14] 陶紅，徐國勛，謝海英，等.13X分子篩處理含苯酚廢水研究[J].中國給水排水，2002（4）：50-52.

[15] 黃佳佳.粉煤灰合成NaA（X型）分子篩及其對堿性染料廢水的吸附研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2008.

[16] 湯文莉，黃森，王棟，等.CO2/R170共沸混合制冷劑應(yīng)用于冷柜系統(tǒng)的熱力學(xué)性能分析[J].低溫與超導(dǎo)，2020，48（3）：81-87.

[17] 李鵬飛.X型沸石分子篩吸附劑的制備及其吸附性能研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2007.

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