沸石分子篩是一族含堿或堿土金屬、具有連通孔道并呈架狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽或硅鋁酸鹽礦物，?是天然分子篩（即沸石礦）與人工合成分子篩的總稱。其天然礦物由瑞典礦物學(xué)A.F.Cronstedt?于1756年研究銅礦時(shí)發(fā)現(xiàn)，從此便揭開了人類研究沸石的序幕。由于沸石礦具有大小固定且規(guī)整的孔道，且孔穴、孔徑分布窄，只允許小分子物質(zhì)進(jìn)入孔穴，從而使沸石具有分子篩的作用；?再加上沸石分子篩具有陽離子交換、催化、耐酸耐熱等特性，因此可去除水中氨氮及重金屬離子、除氟、清除水面油污等，可達(dá)到較好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。

在水環(huán)境污染治理中的應(yīng)用進(jìn)展

1、去除水中重金屬離子

中國絕大多數(shù)城市的廢水都不同程度存在重金屬污染，雖濃度不高但會(huì)對人類造成極大傷害。沸石分子篩的骨架結(jié)構(gòu)中的平衡陽離子在孔穴中與晶格結(jié)合力很弱，易與溶液中鋇、銅、鎘、鉛、鋅等重金屬發(fā)生離子交換反應(yīng)，利用此特性可以有效去除廢水中的重金屬離子。研究了4A沸石分子篩復(fù)合Fe3O4對Pb2+的吸附性能。

研究表明：在Pb2+初始質(zhì)量濃度為200mg/L、pH為5、溫度為30℃的條件下，對Pb2+去除率可達(dá)92.1%。利用13X分子篩去除廢水中的Cr3+，在初始質(zhì)量濃度為25mg/L、最佳pH為5的條件下，常溫下對Cr3+去除率可達(dá)92.2%。通過機(jī)理分析可知，13X分子篩對Cr3+吸附符合Lang-muir等溫線模型，吸附動(dòng)力模型為Lagergren二級(jí)速率方程，控制速率步驟為顆粒內(nèi)擴(kuò)散。同時(shí)與陽離子交換樹脂去除效果比較，13X分子篩吸附Cr3+平衡時(shí)間更短，去除率更高。利用粉煤灰制備出了Na型沸石分子篩，探討了廢水中pH、重金屬離子（Cd2+和Ni2+）濃度、吸附時(shí)間等對吸附效果的影響。

結(jié)果表明：在pH為6.0、較低廢水質(zhì)量濃度（100mg/L）、25℃下吸附2h的條件下，對2種重金屬離子效果最好，可達(dá)99%；隨著離子濃度增加，吸附容量增加，但去除率隨之降低，對2種重金屬離子均符合二級(jí)吸附速率模型。

2、去除水中氨氮

沸石分子篩去除水中氨氮主要是由于NH4+與其晶格中K+、Na+、Ca2+發(fā)生的離子交換作用。

美國Rosement污水廠利用斜發(fā)沸石進(jìn)行離子交換處理水量為2260m3/d，水中氨氮去除率達(dá)95%以上。用正硅酸乙酯為硅源，P123為模板劑，采用水熱晶化法直接合成出SBA-15分子篩，在最佳溫度（25℃）條件下，吸附2mol/L氨氮2h的吸附量達(dá)40.44mg/g。

研究發(fā)現(xiàn)：沸石分子篩對NH4+吸附速率為二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程；分子篩粒徑較小，堿性或弱酸性條件下，氨氮去除率較高。由于沸石分子篩的離子交換容量由硅鋁比決定，就對硅鋁比（SiO2與Al2O3物質(zhì)的量比，下同）分別為25及50的2種ZSM-5沸石分子篩對水中氨氮的吸附性能及影響因素進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，2種吸附等溫線均符合Langmuir模型，硅鋁比為25的分子篩比硅鋁比為50的分子篩對氨氮的吸附量更大。研究發(fā)現(xiàn)，斜發(fā)沸石去除廢水中氨氮的同時(shí)，有機(jī)物也被有效去除，且有機(jī)物的存在提高了沸石對氨離子的吸附量。

3、去除水中其他有害物

沸石分子篩還可去除水體中磷、放射性物質(zhì)、酚及油類、脫色、降氟污染物。有研究者用沸石床模擬吸附滇池暴雨徑流中磷的實(shí)驗(yàn)中，在前16h磷的去除率均達(dá)到50%。研究了焙燒、酸/堿溶液處理等方式活化對沸石吸附甲基橙的效果，結(jié)果表明通過HCl處理后對甲基橙的脫色率達(dá)68.7%，是原Zeolite的3倍；進(jìn)一步負(fù)載TiO2，平衡吸附時(shí)間更長，達(dá)90min，且再生性好。