天然的Clinoptilolite具有高的水含量和硅鋁比,巨大的比表面積和孔隙率,并具有良好的吸附性,離子交換性,催化性,耐酸堿、耐高溫等特性,因此被廣泛用作吸附劑和離子交換劑,并逐漸大范圍應(yīng)用于催化劑和污水處理等領(lǐng)域。但是天然沸石含有雜質(zhì)顆粒,這使其陽離子交換能力低并且限制了其開發(fā)和利用進程。盡管合成分子篩具有高純度,但是其價格昂貴,因此需要對天然沸石進行人工改性。近年來,國內(nèi)外許多學(xué)者對天然沸石的改性進行了研究,所采用的方法主要有無機鹽改性,高溫改性和有機改性等。
無機鹽改性屬于Zeolite的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改性。它使用鹽中的陽離子來交換天然沸石中的原始陽離子,改變陽離子的類型和數(shù)量,或在天然沸石的孔附近吸附新的陽離子,并改變天然沸石的孔尺寸。陽離子與沸石的相互作用改變了沸石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和陽離子類型,從而賦予了沸石新的離子交換性能。從沸石到陽離子的選擇性交換順序中,通常需選擇NaCl、KCl和CaCl2進行修飾和比較,例如,天然沸石在用NaCl處理后變成Na-沸石。在沸石孔中,Na以較大的半徑替換了諸如Ca2和Mg2之類的陽離子。改性沸石的位阻降低,內(nèi)部擴散速度加快,交換容量增加,去除氨氮的能力和反應(yīng)速率也得以提高。
天然沸石比表面積為355-1000 m2/g左右。而改性過后的沸石可達1000-5000 m2/g以上。改性沸石的吸附容量會隨著改性劑陽離子濃度的增加而增加,并且存在最佳濃度范圍。
熱改性是在一定溫度下加熱沸石。在不同溫度下烘烤可以去除沸石空隙中的雜質(zhì),例如水分子、碳酸鹽和有機物。隨著煅燒溫度的升高,沸石會逐漸失去水分,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的結(jié)合水降低了水膜對污染物的吸收和抵抗力,從而改善和增加了沸石的離子交換性能和比表面積,進而提高了對水的去除效果氨氮。但是過高的溫度會破壞沸石的結(jié)構(gòu),甚至失去其原有的離子交換性能。在約200℃下煅燒和改性后,沸石對氨氮的吸附容量略有增加,并且當(dāng)溫度超過300℃時,吸附容量顯著降低,表明沸石的結(jié)構(gòu)逐漸被破壞,因此在實際工藝中需要注意對其的溫度控制。