沸石在環境材料其他方面的應用

Zeolite在濾料上的應用
天然沸石表面粗糙,比表面積大,吸附能力強,密度小,屬于天然輕質濾料可用來去除懸浮物、藻類等,降低出水濁度。我國大同曾采用沸石生物濾池處理城市污水處理廠的出水,使之達到回用的目的。法國的 Sular濾池裝有三層濾料,最上一層是密度為1.2g/cm3、粒徑為2.5~3.5mm的沸石。不過,天然沸石作為濾料,其破碎磨損率較大,使用前需經過一定預處理以提高其強度。

沸石作為紅外輻射材料
天然沸石改性后的氫型絲光沸石是一種性能優異的高硅型分子篩紅外輻射材料,具有紅外輻射特征,對食品、糧食的烘烤具有明顯效果。國內有用于餅干、面包等的烘烤,節電15%以上。這種新型輻射材料以天然沸石為主要原料,成本低、節能明顯、壽命長、烘烤效果好、無污染。近幾年來美國利用斜發沸石從太陽輻射中吸收和釋放熱能,既用作空調,又用于水加熱。取得成功后,一些國家認為這是天然沸石具有遠景意義的利用領域。加拿大發明了一種儲存太陽能的新辦法,用來為房間供熱,還采用了一種裝滿沸石的容器。這種取暖辦法是利用沸石容易吸熱在與濕潤空氣接觸時又可以放出熱量的原理作納米Tio2光催化劑載體近幾十年來的研究表明,采用納米TiO2光催化降解有機物,具有無毒、快速、礦化徹底、操作成本低、催化劑價廉、無二次污染等優點,應用前景廣闊。目前,人們已經嘗試了用多孔硅膠、陶瓷、玻璃纖維、不銹鋼及活性炭、人造沸石等作為負載納米TiO2的載體,克服了用懸浮相光催化氧化法存在的催化劑易失活、凝聚和難分離的缺點。由于沸石具有均一的孔道,獨特的結構和化學性質,使其作為光催化納米TiO2的載體成為可能。方送生等以甲基橙的光催化降解為反應模型,對TiO2改性天然沸石(沸石/TiO2)的光催化性能及影響因素進行了探討。結果表明,沸石/iO2經200℃處理后具有最大的光催化活性,其對甲基橙的光催化降解率與等量的用同樣方法合成的經450℃處理的TiO2純樣相當,其TiO2含量僅為純樣的1/10左右,并且容易回收重復利用。

沸石在其他方面上的應用
聚磷酸鈉(STPP)對水系的磷污染問題已引起很多國家通過立法限制含磷洗滌劑的生產。4A孔徑的A型沸石及低Si/Al比、孔徑為8A的Ⅹ型沸石,對水中Ca2+、Mg2+、Fc2+等有很強的交換能力,可以提高洗滌劑中表面活性劑的清潔效果,而且對活性劑的吸附性比STPP強5倍,比氨基乙酸鹽強3倍,同時對洗滌廢液中的染料、油、低溶解度鹽有很強的吸附和沉淀作用,加之價格比STPP便宜,因此人們現在或直接用沸石取代或將沸石與少量STPP、NTA、硅酸鈉、蘇打灰制成粒度為4~6pm的復合助劑取代STPP,合成無磷、低磷洗滌劑造紙廢水對環境的污染相當嚴重且治理難度極大。

用沸石替代滑石作為增強填料在某造紙廠進行放大試驗。

結果表明,紙張的性能指標沒有降低,而所排廢水COD濃度卻有所下降。這可能與沸石能強烈吸附、螯合制漿、漂白、抄紙過程中各種漂白劑、染色劑、纖維中的金屬離子所致。Sain等研究表明,沸石負載多胺磷酸等化學品后,在制漿過程中具有螯合金屬和穩定過氧化物的能力,通過降低COD和堿耗量減弱排放廢水對環境的影響。

天然沸石是當今世界重要的新興非金屬礦產。目前國際上對天然沸石的開發研究和生產相當活躍。我國天然沸石資源十分豐富,已探明礦點400處,總儲量達40億噸,年總生產能力800萬噸,儲量在世界名列前茅。我國的天然沸石產量雖大,但產品科技含量低、利潤少,其中作為初級產品水泥的混合材料就占沸石產量的80%,其余部分用于紙張和其他輕工產品的填料。相比之下,美國和日本的發
達國家的天然沸石產品大多用來生產動物食品添加劑、土壤改良劑、廢水處理劑和催化劑等高附加值產品,這比作為原料出售的經濟效益要高十幾倍。因此,天然沸石的開發利用應充分發揮天然沸石所特有的物理化學性質,從較單一的水泥建材產品向環境保護、綠色產品研發方向發展,開發髙性能和高附加值產品以擴展天然沸石的應用領域,提高經濟效益。
天然沸石是一種天然無毒、無味且對環境沒有污染的吸附劑。活化沸石用于處理微污染水、工業廢氣的回收、異味的去除、作為濾料等方面具有很多其他方法無法比擬的優點。但是,沸石作為一種新型的水處理劑,目前在技術上還不太成熟,要廣泛應用于實踐還需要開展大量工作,應該在以下方面做深入的研究。
①尋找經濟有效的活化方法。傳統的使沸石再生的方法需消耗大量化學試劑成本較高。因此,如何再生是一門新的研究課題。將傳統的O/A生化處理與沸石結合使用,沸石通過污水中的微生物再生循環使用,而不必用化學試劑進行處理。
②堅持以科技為依托,以市場為導向,開發出更多的沸石深加工產品,尤其是在沸石改性上投入更多的精力。
③尋找將沸石的吸附作用與其他技術相結合的處理污水的有效方法,例如半導體催化氧化法、超聲波降解和紫外光照射等手段,使其在處理污水時發揮各自的優勢并通過這些技術的綜合應用將沸石吸附的有機物降解成無機物小分子,使飽和的沸石和失效的沸石再生。
④通過中試和生產性試驗,探討沸石處理各種水源的最佳工藝條件,確定有關的運行參數。
采用沸石制備、加工各類非金屬材料、復合材料和添加劑,是沸石這一環境友好的天然材料的又一應用方向天然沸石在我國礦產分布廣,儲藏量大,容易開采,經過簡單加工處理后即可使用,其價格遠比合成沸石低。因而在農業和環境污染治理等對沸石需要量大的領域,天然沸石更為實用。