摘要：沸石是(shi)一(yi)種具有優異(yi)功(gong)能(neng)的非金屬礦物材料，本(ben)文介(jie)紹了(le)沸(fei)石的物理(li)(li)特征和處理(li)(li)廢水的機理(li)(li)，并對(dui)近幾(ji)年沸(fei)石在廢水處理(li)(li)應用的研究進(jin)(jin)展進(jin)(jin)行了(le)綜(zong)合評述，對(dui)沸(fei)石在廢水處理(li)(li)應用的前景進(jin)(jin)行了(le)展望。

天(tian)然(ran)(ran)沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)(shi)(shi)是(shi)當今(jin)世界各(ge)國(guo)十分重視的(de)(de)新興非(fei)金(jin)屬礦(kuang)產資(zi)源，它以優異(yi)的(de)(de)吸附、離子(zi)交(jiao)換(huan)性(xing)能正越來越廣(guang)泛地被(bei)應用在(zai)(zai)“三廢”治理中。沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)(shi)(shi)是(shi)以硅鋁酸(suan)鹽為主(zhu)的(de)(de)一類(lei)(lei)礦(kuang)物的(de)(de)總稱，架狀鋁硅酸(suan)鹽礦(kuang)物，含水和堿（或堿土金(jin)屬）。沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)(shi)(shi)可分為天(tian)然(ran)(ran)沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)(shi)(shi)和合成沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)(shi)(shi)兩(liang)大類(lei)(lei)。天(tian)然(ran)(ran)沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)(shi)(shi)是(shi)1756年(nian)瑞典礦(kuang)物學家發現(xian)的(de)(de)。沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)(shi)(shi)作為一種具有優異(yi)功能的(de)(de)非(fei)金(jin)屬礦(kuang)物材料，在(zai)(zai)工業(ye)中有廣(guang)泛的(de)(de)應用。其顯著特點是(shi)孔隙度(du)高、比表面積大，離子(zi)交(jiao)換(huan)性(xing)、吸附性(xing)、催化性(xing)、耐酸(suan)性(xing)、耐熱性(xing)、耐輻射性(xing)等性(xing)能優異(yi)，因此被(bei)廣(guang)泛用于石(shi)(shi)(shi)(shi)油化工、環境保護、農牧業(ye)、建材工業(ye)、輕工業(ye)及高新技術等領域(yu)。

我(wo)國地(di)(di)域遼闊，沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)的(de)種(zhong)類頗多，目前已經(jing)發(fa)現的(de)沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)有斜發(fa)沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)、絲光(guang)沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)、菱沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)、方沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)、片沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)、鈣十字(zi)沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)、鈣甲十字(zi)沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)、輝沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)、濁沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)、鈉沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)等13個礦(kuang)種(zhong)或亞(ya)種(zhong)。我(wo)國的(de)沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)以斜發(fa)沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)為主(zhu)，絲光(guang)沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)次(ci)之(zhi)，多數分布在我(wo)國東部和中部地(di)(di)區(qu)。沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)是(shi)一種(zhong)廉(lian)價的(de)非金屬礦(kuang)。開發(fa)利用沸(fei)(fei)(fei)石(shi)(shi)處理(li)廢水，在我(wo)國有巨(ju)大的(de)優(you)勢。

1、沸石處理(li)廢水的機(ji)理(li)

1.1 吸附(fu)劑

沸石晶格內部構造開放性大，除了有穩定的[(Al,Si)O₄]四面體從角頂相互聯結，形成架狀硅鋁氧骨干外，還有很多大小均一的孔穴和通道，孔穴通過開孔的通道彼此相通，使得沸石具有巨大的比表面積，據有關資料顯示，可達400-800m²/g；且陽離子晶格內的負電與平衡陽離子的正電電荷中點在空間上是不重疊的，分子間具有巨大的靜電吸引力。綜上所述，比表面積大，靜電吸引力強，沸石具有良好的吸附性能。當沸石晶格內的孔穴和通道出現空缺時，沸石對氣體或液體表現出較強吸附性能，尤其是對SO₂、NH₃等及某(mou)些(xie)有(you)機蒸(zheng)汽(qi)等敏(min)感性氣體吸(xi)附更(geng)為(wei)有(you)效。與其(qi)它吸(xi)附劑相比，沸石具有(you)選擇性高(gao)、吸(xi)附量大(da)、吸(xi)附效率高(gao)的特(te)點。

1.2 離(li)子(zi)交換劑

沸石空間基本的結構單位是硅氧（SiO₄）四面體和鋁氧（AlO₄）四面體。其中1個氧原子的價電子沒有得到中和，使得整個鋁氧四面體帶1個負電荷，為了保持電中性，鋁氧四面體附近需要有1個帶正電荷的金屬陽離子（M⁺）來抵消它所帶的負電荷（通常是堿金屬或堿土金屬離子）。但是沸石中的Na⁺、K⁺等金屬陽離子與硅鋁氧骨干結合得相當弱，進入沸石表面的陽離子則與沸石晶格中的陽離子如Na⁺、K⁺等交(jiao)換，交(jiao)換后(hou)沸石結構(gou)不被破壞(huai)，還可(ke)以再生。

1.3 催化(hua)劑

由于(yu)沸(fei)(fei)石(shi)具(ju)有(you)很大(da)的(de)(de)(de)吸(xi)附表(biao)(biao)面(mian)，可以(yi)(yi)容(rong)納(na)相當多數(shu)量的(de)(de)(de)吸(xi)附物質，因而(er)能(neng)促使化學反應在其(qi)表(biao)(biao)面(mian)上(shang)進行，所以(yi)(yi)沸(fei)(fei)石(shi)又作為有(you)效的(de)(de)(de)催化劑和(he)催化載(zai)體。另外沸(fei)(fei)石(shi)有(you)鋁硅酸(suan)鹽格架電(dian)荷，以(yi)(yi)及平衡離子的(de)(de)(de)電(dian)荷，具(ju)有(you)局部(bu)的(de)(de)(de)高電(dian)場(chang)和(he)格架上(shang)產生酸(suan)性位置，因而(er)可以(yi)(yi)用(yong)于(yu)加速碳離子型的(de)(de)(de)反應。此外它還(huan)能(neng)以(yi)(yi)交換具(ju)有(you)催化活性的(de)(de)(de)金屬（如Pt、Pa等），使其(qi)能(neng)得(de)到很大(da)程度的(de)(de)(de)分散，保持高的(de)(de)(de)活性，同時又可減少貴金屬的(de)(de)(de)用(yong)量。

2、沸(fei)石(shi)在水處理中的應用(yong)研究

2.1 去除水中(zhong)氨(an)氮

氨氮(dan)(dan)存在(zai)于許多工(gong)業(ye)(ye)廢(fei)水(shui)中(zhong)，氨氮(dan)(dan)排入水(shui)體，特別是流動(dong)較(jiao)緩慢的(de)湖泊、海(hai)灣，容易引起水(shui)中(zhong)藻(zao)亡。氨氮(dan)(dan)還使給水(shui)消(xiao)毒和(he)工(gong)業(ye)(ye)循環水(shui)殺(sha)菌處理過程加(jia)大(da)了用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)氯量；對某(mou)些金(jin)屬(shu)，特別是對銅具有(you)腐(fu)蝕(shi)性；當污(wu)水(shui)回用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)時，再(zai)(zai)生水(shui)中(zhong)氨氮(dan)(dan)可(ke)以促進輸水(shui)管道和(he)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)設備(bei)中(zhong)微生物的(de)繁殖，形成生物垢，堵塞管道和(he)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)水(shui)設備(bei)，并(bing)影響換熱效率。利用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)沸(fei)(fei)石去除生活污(wu)水(shui)以及工(gong)業(ye)(ye)廢(fei)水(shui)中(zhong)的(de)氨氮(dan)(dan)，國內(nei)外已有(you)較(jiao)多的(de)研(yan)究(jiu)。沸(fei)(fei)石構(gou)架中(zhong)有(you)一定的(de)空腔和(he)孔道，決(jue)定其具有(you)吸(xi)附(fu)、離子交換作用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)。又因為天然沸(fei)(fei)石是一種(zhong)較(jiao)廉價的(de)礦物質(zhi)，成本(ben)較(jiao)其它吸(xi)附(fu)劑(ji)低(di)，再(zai)(zai)生成本(ben)低(di)，再(zai)(zai)生液(ye)經吹脫后可(ke)重復利用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)，由此表明(ming)沸(fei)(fei)石是一種(zhong)較(jiao)為理想的(de)脫氮(dan)(dan)吸(xi)附(fu)劑(ji)。

2.2 去除廢水(shui)中的重(zhong)金屬離子

鎘、汞、鉛、鋅等重(zhong)金(jin)屬(shu)離子(zi)是(shi)造成環境污(wu)染、對人(ren)體較(jiao)為有(you)害的(de)物(wu)質，消(xiao)除方法有(you)活性(xing)炭吸(xi)附法、溶(rong)劑(ji)萃取法和離子(zi)交換(huan)法等。實驗(yan)表明，用(yong)沸(fei)(fei)石特別是(shi)用(yong)NaOH，HCl和NaCl處理過的(de)沸(fei)(fei)石處理上述重(zhong)金(jin)屬(shu)離子(zi)效(xiao)果較(jiao)好，被沸(fei)(fei)石吸(xi)附交換(huan)的(de)重(zhong)金(jin)屬(shu)離子(zi)，還可濃縮回(hui)收，沸(fei)(fei)石經(jing)處理也(ye)可再生使用(yong)。

2.3 去除水中的氟(fu)

氟(fu)是電負性較高的(de)元(yuan)素(su)，是相當活潑的(de)非金屬元(yuan)素(su)，當氟(fu)離(li)子大量存在時(shi)，有(you)毒性作用(yong)(yong)(yong)。飲(yin)(yin)用(yong)(yong)(yong)水中氟(fu)的(de)含(han)量過高，容易使兒童患氟(fu)斑(ban)病和氟(fu)骨癥。以優(you)良斜發沸(fei)(fei)石為原料，研究了用(yong)(yong)(yong)鹽酸、硫酸鋁和高溫(wen)方法活化(hua)(hua)天(tian)然(ran)沸(fei)(fei)石的(de)工(gong)藝條件。結果(guo)表明(ming)用(yong)(yong)(yong)活化(hua)(hua)天(tian)然(ran)沸(fei)(fei)石處理后的(de)含(han)氟(fu)飲(yin)(yin)用(yong)(yong)(yong)水，基本可達到國家飲(yin)(yin)用(yong)(yong)(yong)水標準。

2.4 去除水中有(you)機物

隨著現代工業特別是(shi)有(you)(you)(you)機(ji)化(hua)(hua)工、精細化(hua)(hua)工以(yi)及高分(fen)子(zi)(zi)工業的(de)迅速發展(zhan)，水中(zhong)的(de)有(you)(you)(you)機(ji)污染物(wu)呈多樣化(hua)(hua)、復雜化(hua)(hua)的(de)特點(dian)。對于多數有(you)(you)(you)機(ji)污染物(wu)的(de)去(qu)除，在目前使用(yong)(yong)較廣(guang)的(de)還是(shi)生化(hua)(hua)法，尤其是(shi)吸(xi)附(fu)法。沸石對有(you)(you)(you)機(ji)污染物(wu)的(de)吸(xi)附(fu)能(neng)力主要取決于有(you)(you)(you)機(ji)物(wu)分(fen)子(zi)(zi)的(de)極(ji)性(xing)和大小，極(ji)性(xing)分(fen)子(zi)(zi)較非(fei)極(ji)性(xing)分(fen)子(zi)(zi)易被吸(xi)附(fu)，隨著分(fen)子(zi)(zi)直徑的(de)增加，被吸(xi)附(fu)進入空穴的(de)機(ji)會就逐漸(jian)減少。沸石去(qu)除水中(zhong)溶解(jie)狀(zhuang)分(fen)子(zi)(zi)物(wu)質時(shi)，吸(xi)附(fu)起主要作(zuo)用(yong)(yong)，而去(qu)除水中(zhong)離子(zi)(zi)狀(zhuang)污染物(wu)時(shi)離子(zi)(zi)交(jiao)換和吸(xi)附(fu)兩種行為(wei)共(gong)同(tong)作(zuo)用(yong)(yong)的(de)結果(guo)，以(yi)離子(zi)(zi)交(jiao)換為(wei)主。

2.5 去(qu)除廢水中(zhong)的放射(she)性物質(zhi)

放射性元素Cs⁺，Sr2⁺，是核裂變產品中的主要成分，通常被排放到廢水中，沸石的熱穩定性和抗輻射性使其具有除Cs⁺，Sr2⁺的(de)優(you)越性。在(zai)原子(zi)能工(gong)業中，當放射性廢液中含有(you)這類物質時，需要將它們儲存到蛻變為穩定(ding)狀態后才能排除。天然(ran)沸石對銫和鍶有(you)較強的(de)交(jiao)(jiao)換去除能力(li)，不受輻射的(de)影響。而且交(jiao)(jiao)換了放射性離(li)子(zi)的(de)沸石，將其熔化后可使放射性離(li)子(zi)固定(ding)在(zai)晶格內，防止其擴散污染。

3、沸石處理廢水的應用前景

沸(fei)石(shi)在(zai)水(shui)處理(li)領(ling)域的應用(yong)(yong)(yong)(yong)，國(guo)內外(wai)學(xue)者們已經做了(le)比(bi)較(jiao)廣泛(fan)深入的研究(jiu)，沸(fei)石(shi)是一(yi)(yi)種天然礦(kuang)物(wu)，具有成本低、處理(li)效果好的特(te)點，在(zai)水(shui)污(wu)染處理(li)中應用(yong)(yong)(yong)(yong)可(ke)以降低處理(li)的成本；應用(yong)(yong)(yong)(yong)沸(fei)石(shi)的處理(li)設備比(bi)較(jiao)簡(jian)單，沸(fei)石(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)于去除氨氮、有機污(wu)染物(wu)質、金屬元素、放(fang)射性(xing)物(wu)質、殺(sha)菌(jun)等(deng)都(dou)有明顯的效果，可(ke)以用(yong)(yong)(yong)(yong)于處理(li)廢水(shui)，是一(yi)(yi)種有發展前途(tu)的水(shui)處理(li)材(cai)料(liao)。但是，我國(guo)在(zai)環保方面對沸(fei)石(shi)的開發利用(yong)(yong)(yong)(yong)與國(guo)外(wai)發達國(guo)家相(xiang)比(bi)起步晚、水(shui)平低、速度(du)慢(man)。

目前，我(wo)國對沸(fei)石(shi)(shi)礦產(chan)資源的(de)(de)開(kai)發(fa)仍處(chu)(chu)于初級(ji)階段，應加強(qiang)沸(fei)石(shi)(shi)在(zai)污水處(chu)(chu)理(li)材料方面的(de)(de)研(yan)究(jiu)，力求開(kai)發(fa)新產(chan)品，并(bing)盡快將其轉化為生產(chan)力，以適應社會發(fa)展的(de)(de)需要(yao)，使(shi)廉價(jia)的(de)(de)沸(fei)石(shi)(shi)在(zai)環保方面發(fa)揮更(geng)大作用。另外，由(you)于沸(fei)石(shi)(shi)在(zai)水處(chu)(chu)理(li)中的(de)(de)研(yan)究(jiu)與應用越來越多，所(suo)以應重視吸附飽和沸(fei)石(shi)(shi)的(de)(de)處(chu)(chu)置問(wen)題(ti)，避免造成(cheng)二次污染。