由于天然沸石表面的硅氧結構具有極強的親水性,且結構外部的陽離子易水解,導致天然沸石吸附有機物的性能變差,另外由于硅鋁結構本身帶負電荷,故天然沸石難以去除水中的陰離子污染物,目前主要是通過改性的方式提高沸石對有機物和陰離子的吸附能力,擴大其應用領域。
一般沸石改性要達到兩個目的:
1.是去除沸石表面和微孔道內的有機或無機雜質,提高單位重量沸石的交換能力,并加快交換速率,
2.是對沸石內部的陽離子進行重整,改善子交換性質。
沸石改性技術有兩種類型:
1.是對沸石骨架元素的改性。對骨架元素的改性包括酸堿處理改性等
2.是對非骨架元素的改性。對非骨架元素的改性包括離子交換改性,沸石內配位化學、表面活性劑改性等。
天然沸石的工業加工方法
天然沸石工業加工方法包括:把天然沸石原礦粉碎成一定的粒度,然后置于硫酸、鹽酸或者其它溶液中浸漬一段時間,再把中和后的礦樣在水中煮沸,待一定時段后,將處理后的礦樣干燥、焙燒。經過處理的天然沸石,能提高它的吸附交換性能。具體處理過程如下:
(1)粉碎:將原礦粉碎至5~80目范圍。
(2)酸處理:用濃度4%~10%的鹽酸或硫酸浸泡,浸漬處理時間以10~20小時為宜。?
(3)再粉碎:將焙燒后的沸石再粉碎至30~50目,即得到吸附交換性能優越的活性沸石。
經過改性(焙燒、酸堿鹽浸取等)的沸石可能發生如下變化:首先是對能容納被交換和吸附物質的孔徑改變了;
其次是改變了沸石的電負性和極性。這兩種變化可能同時發生,也可能只發生一種,但只要變化,就會發生其交換與吸附性能的改變。
通常天然的沸石不具有對中性有機物的吸附,但通過表面活性劑的改性,可以使其具有吸附中性有機物的特性。
天然沸石的改性處理方法
酸處理改性
天然沸石酸處理改性是將沸石粉置于酸溶液中浸漬處理成改性沸石。采用酸處理改性的目的主要有:
(1)半徑小的H+置換半徑大的Ca2+、Mg2+?等陽離子,拓寬孔道的有效空間;
(2)清除沸石孔徑以及通道中的Si02、Fe2O3和有機物質等雜質,疏通孔徑和通道;
(3)增加吸附活性中心;
(4)使其骨架脫鋁。
用稀硫酸處理后天然沸石,明顯提高改性處理后沸石樣品的除磷性能,特別是經氯化鋁和氯化鎂改性處理后,其除磷性有很大提高。
用鹽酸處理和高溫活化處理等方法,并用H+取代Na+,改變天然沸石的孔結構,大幅度提高了天然沸石對造紙廢水中COD和色度的吸附能力。針對骨架脫鋁可使用的酸有HC1、H2S04、HCOOH、HNO3、H3COOH等。
根據沸石的耐酸堿性差異,采用不同強度的酸對骨架進行脫鋁,抽走骨架中的鋁后,沸石結構仍保持完好。同時孔道中某些非晶態物質也被溶解,減少了孔道阻力,半徑小的H+置換半徑大的陽離子,從而提高了吸附容量。通過酸處理,使沸石分子篩表現出疏水性和無極性,從而可以提高沸石對Pb2+的吸附能力。酸處理改性能疏通沸石內部通道,拓寬孔道的有效空間;骨架脫鋁使孔徑增大,增大了吸附容量并且提高了沸石的吸附能力。這就讓天然沸石的應用更為廣泛。