天然沸石是環(huán)境和經(jīng)濟(jì)上可接受的水合鋁硅酸鹽材料，具有出色的離子交換和吸附性能。它們?cè)诓煌夹g(shù)過程中的有效性取決于它們與其地質(zhì)沉積物緊密相關(guān)的物理化學(xué)特性。獨(dú)特的樹狀多孔結(jié)構(gòu)賦予天然沸石多種應(yīng)用可能性。

一、沸石結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

由于沸石表面的負(fù)電荷過多，主要結(jié)構(gòu)單元中的硅被鋁同晶置換，因此天然沸石屬于陽離子交換劑。迄今為止，大量研究已經(jīng)證實(shí)它們?cè)谌コ龔U水中的金屬陽離子方面具有出色的性能。然而，沸石可以通過無機(jī)鹽或有機(jī)表面活性劑進(jìn)行化學(xué)改性，吸附在表面上并導(dǎo)致生成帶正電荷的羥基氧化物或表面活性劑膠束，并使沸石能夠以穩(wěn)定或不太穩(wěn)定的復(fù)合物結(jié)合陰離子，如砷酸鹽或鉻酸鹽。天然沸石相對(duì)于其他陽離子交換材料如常用的有機(jī)樹脂具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈儍r(jià)格便宜，在低溫下對(duì)不同的陽離子表現(xiàn)出優(yōu)異的選擇性，同時(shí)釋放出無毒的可交換陽離子（K+?,Na?+?,Ca?2+和Mg?2+)對(duì)環(huán)境而言，它們的尺寸緊湊，并且可以在全面應(yīng)用中進(jìn)行簡(jiǎn)單且廉價(jià)的維護(hù)。使用天然和改性沸石處理水的效率取決于所用沸石的類型和數(shù)量、沸石顆粒的尺寸分布、污染物的初始濃度（陽離子/陰離子）、溶液的pH值、溶液的離子強(qiáng)度、溫度、壓力、系統(tǒng)沸石/溶液的接觸時(shí)間以及其他有機(jī)化合物和陰離子的存在。對(duì)于用天然沸石進(jìn)行水處理，使用標(biāo)準(zhǔn)程序，通常是柱式或批處理程序。

二、沸石在水處理中的應(yīng)用

在廢水處理中使用天然沸石是其應(yīng)用中最古老和最具前景的領(lǐng)域之一。廢水中重金屬（Zn、Cr、Pb、Cd、Cu、Mn、Fe等）的存在是一個(gè)嚴(yán)重的環(huán)境問題，天然沸石對(duì)它們的去除與其他技術(shù)一起得到了廣泛的研究，包括化學(xué)沉淀、離子交換法、吸附法、膜過濾法、混凝絮凝法、浮選法和電化學(xué)法。最近對(duì)天然沸石在水和廢水處理中作為吸附劑的研究、它們的性質(zhì)和天然沸石的可能改性已成為許多研究的主題。世界各地的各種天然沸石都顯示出良好的陽離子交換能力，例如銨和重金屬離子。天然沸石的改性可以通過多種方法進(jìn)行，例如酸處理、離子交換和表面活性劑功能化。

（1）地表水、地下水和地下水處理。研究了天然沸石從地表水中同時(shí)去除氨和腐殖酸這兩種最常見的污染物的適用性。它們的去除取決于pH值、腐植酸和氨的初始濃度、溫度和接觸時(shí)間。所得結(jié)果表明，沸石在接近天然水的pH值下同時(shí)去除氨和腐殖酸時(shí)表現(xiàn)出最佳性能。已進(jìn)一步研究了使用天然沸石和改性沸石同時(shí)去除地下水樣品中的Fe和Mn離子。特別是，天然沸石-斜發(fā)沸石的Fe和Mn去除水平在22-90%和61-100%之間。開發(fā)新的、具有成本效益的方法來去除地下水和飲用水中的砷也成為研究重點(diǎn)之一。天然地下水中砷的存在是由于土壤的地質(zhì)組成。

（2）飲用水和灰水處理。幾種傳統(tǒng)方法用于去除飲用水中的污染物，例如混凝后過濾、膜處理和離子交換。吸附方法被證明是有效的、經(jīng)濟(jì)高效的、易于執(zhí)行和構(gòu)建的。進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)來研究天然沸石斜發(fā)沸石和斜發(fā)沸石-Fe體系在去除水樣中同時(shí)存在的Cu、Mn、Zn方面的效率。天然沸石的一個(gè)非常獨(dú)特的特性是它們對(duì)陽離子的選擇性。吸附實(shí)驗(yàn)的優(yōu)異結(jié)果，特別是對(duì)于改性形式，以及斜發(fā)沸石-Fe體系價(jià)格低廉、易于合成和再生、對(duì)人類和環(huán)境無害的事實(shí)。使用鐵/氫氧化鋁去除水中的砷是一項(xiàng)經(jīng)過驗(yàn)證的技術(shù)。提高性能的另一種方法是使用粗粒吸附劑來增加流程的流速和吞吐量。通過使用由不同鐵溶液制備的改性吸附劑（天然沸石）研究從飲用水中去除砷。Fe交換沸石上的砷吸附量可達(dá)100mg/kg。改性天然沸石（斜發(fā)沸石）-氧化鐵體系在強(qiáng)堿性條件下的高表面積也可以增強(qiáng)從飲用水中去除陽離子，如銅。改性斜發(fā)沸石的比表面積增加了5倍（從30增加到151m?2/g)和最大吸附銅離子的量是13.6毫克/克沸石天然斜發(fā)沸石和37.5毫克/克改性斜發(fā)沸石。盡管有許多關(guān)于沸石去除陰離子的有效性的科學(xué)證據(jù)，但迄今為止，在更大規(guī)模上使用的沸石并不多。地下水中氟離子濃度高達(dá)30毫克/升以上，廣泛存在，特別是在美國(guó)、非洲和亞洲。全世界有超過2.6億人飲用氟化物含量大于1.0毫克/升的飲用水。去除F的可用技術(shù)–來自飲用水的陰離子是膜技術(shù)、透析、電透析和吸附技術(shù)。斜發(fā)沸石型天然沸石在負(fù)載Al?3+、La?3+或ZrO?2+之前用硝酸溶液預(yù)處理。作為氟化物吸附劑的載鋁低硅沸石表明，改性沸石能夠?qū)⑺恋陀赪HO的最大允許濃度(MAC)1.5mg/L。

最大的氟化物吸附在4-8的pH值范圍內(nèi)。飲用水源中的高硝酸鹽濃度會(huì)對(duì)環(huán)境和公眾健康造成潛在風(fēng)險(xiǎn)。NO 3的去除效率-用HDTM +（十六烷基三甲基銨陽離子）或十六烷基溴化吡啶鎓(CPB)處理斜發(fā)沸石樣品可以增加離子。灰水是來自家庭浴室和洗衣房的廢水。銨是最重要的灰水污染物之一。天然和改性沸石用于純化，根據(jù)接觸時(shí)間、沸石負(fù)載量、初始銨濃度和pH值，它們顯示出高達(dá)97%的銨去除率。沸石足夠高。

（3）天然沸石在水處理中的技術(shù)應(yīng)用。近10年來無數(shù)優(yōu)秀的研究成果表明，天然沸石具有實(shí)用價(jià)值，這一點(diǎn)得到了大量專利的證實(shí)，尤其是下表所示的兩種天然沸石礦物：斜發(fā)沸石和現(xiàn)代沸石。兩種沸石類型的專利數(shù)量都很可觀，這清楚地表明研究人員對(duì)天然沸石的興趣受到商業(yè)部門的強(qiáng)烈鼓勵(lì)，包括在家庭或工業(yè)/大規(guī)模工藝和處理中的使用。