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沸石材料在土壤修復中的效果怎樣?-沸石濾料
發布時間:2021-04-02 10:29
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近些年,沸石作為一種穩定的吸附材料,由于其優異的離子交換性能、吸附性能,在土壤修復中的應用受到越來越多的關注。從化學組成與晶體結構的角度來看,沸石是一種典型的硅鋁酸鹽,Si-O四面體和Al-O四面體是構成沸石骨架的初級結構單元;在沸石骨架中,其初級結構單元通過共用氧原子,相互連接形成多元環,構成了沸石骨架的次級結構單元;次級結構單元,通過橋聯的氧原子,進一步相互連接,可以形成籠形等不同構型的結構單元;籠形的結構單元通過不同的連接、排列方式進一步形成具有獨特孔道拓撲結構和尺寸的沸石骨架結構。

沸石的骨架中充滿著空腔和孔道,最大孔隙率可達到50%,孔道中常吸附有水分子和可交換的陽離子,甚至陰離子。這些獨特的組成和骨架結構使沸石具有良好的陽離子交換容量
和表面吸附能力,是一種很好的吸附劑。此外,沸石由于硅鋁酸鹽構成的骨架具有優異的熱穩定性,沸石在被用于土壤修復的過程中,還具有骨架結構穩定、修復效果持久、可適當調節土壤的pH和透氣性、對環境友好、無二次污染等優勢,對于不同污染物質污染的土壤均有良好的修復效果,具有十分廣闊的應用前景。
在目前全球已發現的四十余種天然沸石中,斜發沸石的儲量最為豐富。總體來說,天然沸石的主要成分為硅鋁酸鹽、水分子、可交換陽離子,還含有少部分雜質元素。幾種常見的天然沸石具有成本低,且與其他類型的吸附劑相比熱穩定性和耐酸腐蝕性更好的優勢;但是與合成沸石相比,其存在化學組成不一致、純度低等不足。
鄧世茂等人提出,沸石的硅鋁比,孔徑大小,陽離子類型、數量及位置都對其吸附能力有較大影響,可用一定的方法對天然沸石進行調控、改性,進而促進其有效孔道的利用及其離子交換能力的提高。常用的調控處理方法包括離子交換、酸/堿洗和熱處理法等。離子交換處理可以改變沸石骨架中陽離子的類型、位置、數量及孔道開放度,顯著提高沸石材料的離子交換容量。酸洗可以去除堵塞孔道的雜質,提高空隙率和吸附能力,但是隨著處理強度和持續時間的增加,會逐漸消除骨架結構中的陽離子,最終使結構脫鋁;堿洗可以改變沸石的孔徑和孔容,但高濃度或長時間的堿洗可能帶來沸石骨架的脫硅、脫鋁。熱處理可以脫去沸石孔道中的水分子,增大孔道開放度和有效孔隙體積。
總之,沸石具有比表面積大、陽離子交換容量大、化學穩定性好、機械強度高且儲量巨大的特點,是一種很有前景的土壤修復材料。深入系統研究沸石對土壤中不同類型污染物的修復效果、影響因素,從原子級尺度揭示沸石材料在土壤修復中的構效關系及修復機理,構建沸石材料在土壤修復應用過程中的完整的認知科學體系,是未來科學發展的必然。
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