沸石的吸附性能和耐酸性

吸附性能

沸石分子篩具有較大的比表面積（500-1000m2/g），能產(chǎn)生較大的擴(kuò)散力，是一種優(yōu)良的吸附劑。沸石晶格中存在許多大小均勻的孔洞和孔道。這些孔通過開放的通道相互連接，并與外界交流。孔道體積占沸石晶體體積的50%以上，并含有大量的游離沸石水。沸石水的量隨環(huán)境的溫度和濕度而變化。在一定的物理化學(xué)條件下，分子篩中的孔道具有準(zhǔn)確而固定的直徑（約3～11μm）。不同的沸石有不同的直徑。小于這個(gè)直徑的物質(zhì)可以被它們吸收，而大于這個(gè)直徑的物質(zhì)則被排除在外。這種現(xiàn)象被稱為“分子篩”相互作用。但并不是所有的沸石都能起到分子篩的作用。然而，當(dāng)河北圍場斜發(fā)沸石加熱到350-450℃時(shí)，沸石的晶體結(jié)構(gòu)遭到破壞，而河北赤城獨(dú)石口斜發(fā)沸石加熱到600-700℃（持續(xù)2小時(shí)）時(shí)，沸石的晶體結(jié)構(gòu)被完全破壞。有些沸石的孔徑太小，無法篩分分子。沸石不僅具有吸附水的能力，還可以吸附氧化鈣、二氧化流、氟化物、氮、銨、甲淳和放涉性物質(zhì)。以浙江縉云絲光沸石為例，氧化鈣的吸附量為150.01mg/g，銨吸附量為177.47mmol/100g，so2120mg/g，氮吸附量為12.93~17.11mg/g，甲淳為55.4mg/g。

耐酸性

沸石具有良好的耐酸性。以山東斜發(fā)沸石和絲光沸石為例，在100℃下用不同濃度的鹽酸處理2小時(shí)。結(jié)果表明，二者均具有較強(qiáng)的耐酸性。斜發(fā)沸石和絲光沸石經(jīng)4N鹽酸和10mol/L鹽酸處理后，晶體結(jié)構(gòu)無損傷。

此外，沸石還具有化學(xué)反應(yīng)性、遠(yuǎn)紅外輻射、可逆脫水等工藝性能。

沸石的來源及發(fā)展現(xiàn)狀

天然沸石主要產(chǎn)生于巖梁活動(dòng)晚期的低溫?zé)嵋弘A段，沸石族礦物常見于噴出巖，特別是玄武巖的空隙中，也見于沉積巖、變質(zhì)巖及熱液礦床和某些近代溫泉沉積中，是硅酸鹽中儲(chǔ)量蕞大的一類礦物。沸石是在 1756 年由瑞典礦物學(xué)家Cronsted苐一次在玄武巖中發(fā)現(xiàn)的，因?yàn)榉惺诩訜嶂寥廴跁r(shí)，伴有沸騰現(xiàn)象而得名。沸石是火山熔巖形成的一種含水架狀結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽礦物，含有鈉、鎂、鈣、鉀、鋇等成分。沸石濾料是以硅鋁質(zhì)原料為成陶組分，添加適量粘結(jié)劑和外加劑，經(jīng)配了混合、造粒成球、焙燒而成，按原料組成可分為：黏土沸石濾料、頁巖沸石濾料、粉煤灰沸石濾料和污泥沸石濾料等。1959 年日本蕞先將沸石用于飼料添加劑，目前世界上沸石添加劑已經(jīng)商品化生產(chǎn)，關(guān)于沸石的專利已有3000多項(xiàng)。

天然沸石含有畜禽生長發(fā)育所需的全部常量元素和大部分微量元素。這些元素都以離子的狀態(tài)存在，能被畜禽所利用。此外，沸石還具有獨(dú)特的催化性、吸附性、離子交換性、耐酸性、熱穩(wěn)定性以及耐毒性等。在此背景下，人們開始深入研究與選擇更優(yōu)的濕地基質(zhì)填料，以強(qiáng)化人工濕地對污染物的去除能力。從沸石被發(fā)現(xiàn)起就廣泛應(yīng)用于畜禽飼料、水產(chǎn)養(yǎng)殖、獸藥及飼料添加劑等各領(lǐng)域。

天然沸石孔隙直徑為0.3～1.1nm，聚合物分子鏈直徑約為0.218nm，聚合物分子鏈直徑小于天然沸石孔隙直徑時(shí)，才可以在天然沸石孔道內(nèi)，形成多層吸附，導(dǎo)致天然沸石聚合物吸附量遠(yuǎn)大于油藏砂巖的吸附量。

聚合物在天然沸石顆粒表面的多層吸附，相當(dāng)于在顆粒外表形成了一個(gè)由聚合物分子組成的包裹層，這使得天然沸石顆粒的視體積增大、被補(bǔ)集的概率增大，但顆粒同時(shí)也表現(xiàn)出“黏彈性”，當(dāng)其遇到孔隙喉道時(shí)發(fā)生形變，從而減少被補(bǔ)集概率，這種“捕集-釋放”過程會(huì)增大流動(dòng)阻力。沸石物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、具有選擇吸附性和可再生性，但天然沸石孔道中充滿雜質(zhì)，吸附能力有待提高，有必要通過改性措施來改善孔道間連通性，提高吸附性能。

此外，吸附在天然沸石顆粒外表和孔隙內(nèi)表面的聚合物分子鏈間會(huì)發(fā)生纏繞，這會(huì)增大天然沸石顆粒在孔隙內(nèi)的流動(dòng)阻力。