沸石的热稳定性与其内部结构、阳离子种类、硅铝比等有关因高硅沸石中硅的含量比低硅沸石中硅的含量要高 所以在同等条件下 高硅

武汉理工大学硕士学位论文沸石矿物简介第 章绪论 沸石矿资源简介 一种白色透明的矿物被瑞典矿物学家在研究玄武岩时所发现 将其进行吹管分析加热时会有发泡沸腾现象 故将其命名......

  武汉理工大学硕士学位论文沸石矿物简介第 章绪论 沸石矿资源简介 一种白色透明的矿物被瑞典矿物学家在研究玄武岩时所发现 将其进行吹管分析加热时会有发泡沸腾现象 故将其命名为“沸石” 】。沸石是一种架状结构的多孔铝硅酸盐矿物 富含碱金属或碱土金属离子 主要是由沉积在地壳中的铝硅酸盐矿物与孔隙中的水反应而

  武汉理工大学硕士学位论文沸石矿物简介第 章绪论 沸石矿资源简介 一种白色透明的矿物被瑞典矿物学家在研究玄武岩时所发现 将其进行吹管分析加热时会有发泡沸腾现象 故将其命名为“沸石” 】。沸石是一种架状结构的多孔铝硅酸盐矿物 富含碱金属或碱土金属离子 主要是由沉积在地壳中的铝硅酸盐矿物与孔隙中的水反应而成【 。目前世界上已经发现了沸石矿床的国家多达 主要集中在环太平洋地区跟古地中海地区其中以美国、俄罗斯、日本、中国等国家的沸石资源最为丰富。美国的沸石矿主要集中在西部地区 已经发现的沸石矿床有一百多个 总储量估计在 亿吨左右。俄罗斯在外高加索跟土库曼等地也发现了 多个质量较好沸石矿床 总储量在 亿吨以上。日本仅山行县板谷地区的沸石储量就有数亿吨。我国也是一个沸石矿资源十分丰富的国家 沸石储量达 亿吨以上。现已发现的沸石矿主要集中在我国东部地区 有四川、浙江、山东、广东、广西、福建、辽宁、吉林、黑龙江、安徽、河北、湖北、河南跟内蒙等地。在我国西部的新疆、西藏也发现了沸石矿。目前全国发现的沸石矿床多达 已经开采的有多个【 沸石的矿物学特征沸石的种类沸石是沸石族矿物的总称 在地壳中分布广泛 目前自然界中已经发现的沸石有三十余种 较为常见的主要有斜发沸石、片沸石、丝光沸石、方沸石、钠沸石、钙沸石、辉沸石、浊沸石、毛沸石等 都以含钠、钙为主【 】。沸石中除含沸石族矿外 还具有伴生矿物石英、蒙脱石、长石、云母、绿泥石、高岭石、蛋白石、方英石以及晶髓、玻屑和岩屑等嘲。 沸石的化学成分沸石种类繁多 故其化学成分差异很大 沸石族矿物的化学通式可表示为【 武汉理工大学硕士学位论文式中为碱金属或其他 价阳离子 为碱土金属或其它二价阳离子 为碱金属或其他一价阳离子个数 为碱土金属或其它二价阳离子个数 为硅铝离子个数之和 为水分子个数。由上式可知 沸石主要是由 此沸石为低硅沸石实验所用的片沸石即为低硅沸石。沸石中的水存在于沸石骨架的孔道中 不是沸石晶格的组成部分 当沸石受热 对其晶格基本上没有影响却可以使得沸石孔道空旷 具有分子筛的功能。片沸石的化学式为 斜发沸石的化学式为 钠沸石的化学分子式钙沸石的化学分子式 氧四面体是沸石晶体的基本单位其公用角项上的氧原子将硅氧四面体连接起来 形成多种不同形式的架构。当铝取代硅氧四面体中的硅后 则形成铝氧四面体 因铝氧四面体不能直接相连 所以必须靠硅氧四面体将其连接起来。图 为硅氧四面体结构示意刚引。图 为硅氧四面体四元环跟六元环的空间连接示意图。这些硅氧四面体环在三维空间还可以相互连接形成多种形式的规则四面体。图为硅氧四面体环相互连接的三维空间示意图。武汉理工大学硕士学位论文审 八面笼立方体笼 八角柱笼图沸石中几种晶穴的结构 沸石的物理化学性质离子交换性能 所以铝氧四面体中的一个氧原子没有得到中和使得铝氧四面体带负电 为了保持电中性 缺少的正电荷由 等离子进行补偿这些阳离子在晶格中结合不牢 很容易与周围的阳 武汉理工大学硕士学位论文离子发生交换 在交换的过程中 因沸石硅铝比不同 空穴大小不一 表现出观显的离子交换性能。研究结果表明 斜发沸石上阳离子交换的先后顺序为【 吸附性能沸石内表面积很大其晶格内部有很多大小均匀的孔穴跟孔道 它们形状规则、彼此相连 并且与外界连通 其体积约为沸石晶体总体积的一半左右 因而沸石具有良好的吸附性能。并且沸石孔道中有很多自由水 当在一定外界温度跟湿度下 这些自由水脱附后 沸石的孔穴足 道更加空旷 使得沸石具有更好的吸附性 】。因沸石孔道的大小与分子大小相当 故小于孔道大小的分子可以进入沸石内部 可以被其吸附 而大于孔道直径的分子则被排除在外 这就是沸石分子的选择吸附性。另外 沸石的吸附性能很高 而且比较稳定 受外界温度、湿度的影响较小。 催化性能因沸石具有很大的表面积 很多物质可以吸附在表面 因而可作为催化剂或催化载体促使化学反应在其表面进行。但天然沸石不能直接作为催化剂 必需将其改性为 型沸石后才可以参与反应。晶体结构中的酸性位置、孔道大小以及阳离子交换性能等决定了沸石作为催化剂的性能 热稳定性沸石具有良好的热稳定性。沸石的热稳定性与其内部结构、阳离子种类、硅铝比等有关因高硅沸石中硅的含量比低硅沸石中硅的含量要高 所以在同等条件下 高硅沸石比低硅沸石具有更好的热稳定性。沸石的热稳定性也因其产地的不同而差异甚大【 耐酸碱性大部分沸石均具有良好的耐酸碱性研究发现 当温度低于 将产自浙江的丝光沸石浸泡在低于的盐酸跟王水中 沸石的晶体结构不受影响只有当盐酸浓度高于 沸石的晶格才会被破坏。沸石产地的不同也导致其耐酸碱性的差异【 。武汉理工大学硕士学位论文 沸石的改性方法通过对天然沸石进行改性处理 改变其物理化学性质 提高了其在实际应用中的价值。对天然沸石进行改性的方法主要为 结构改性通过改变沸石结构中的硅铝比 即改变 来改变沸石中骨架的组成的方法为结构改性。低硅沸石脱铝后可以提高热稳定性和水热稳定性高硅沸石脱铝后可提高其亲油性 降低酸位度【 】跟化学脱铝就是属于结构改性。表面改性表面改性就是利用各种材料或试剂 对矿物表面采取物理化学的方法对其进行处理 改变矿物表面的物理化学性质或物理技术性能。常用的表面改性方法有如下几种 酸碱改性 将天然沸石在无机酸碱中浸泡一段时间后 改变了沸石的表面活性 其比表面积和吸附性同时得到增强。在酸溶液中浸泡后 沸石活性增强的原因是【 当天然沸石浸泡在无机酸中时酸溶液进入到沸石内部 一方面清除了沸石孔道中的杂质 使得沸石的比表面积增大 另一方面 矿与沸石晶格中的 等阳离子发生交换使得沸石内部的阳离子变为单一的 沸石内部的酸中心数目增多并且暴露提高了沸石的吸附能力。盐改性 将一定量的天然沸石置于饱和盐溶液中处理 强力机械搅拌一段时间 使得阳离子交换达到饱和后进行固液分离 沸石烘干后即为改性沸石【 型沸石、 型沸石等 。加热活化改性 将天然沸石置于一定温度下的马弗炉里进行焙烧 进行加热活化改性。加热处理不仅可以去除沸石结构内部的自由水 而已可以清除沸石内部孔道中的杂质 增加内表面积 提高其吸附性能【 。有机改性 有机改性主要就是通过表面活化剂对天然沸石进行改性。表面活性剂通常因为其分子结构太大而无法进入沸石内部 而是在沸石表面形成一束类似胶束的覆盖物 研究表明 经表面活化剂处理后的沸石 在保持了原有的对某些阳离子去除能力的同时 还能快速高效地对水中的铬酸根、钼酸根、硒酸根等阴离子进行去除 有效地提高了吸附能力 内部结构改性气武汉理工大学硕士学位论文内部结构改性主要是正离子交换改性。通过正离子交换沸石中半径大的离子被半径小的离子所取代 其空间位阻变小 沸石内部的有效直径变大 内扩散速度加快 吸附容量增加。并且通过对沸石进行正离子交换 其酸性和催化活性得以改变。 沸石的应用研究作为一种低廉的多孔性矿物 沸石因具有大的比表面积、良好的阳离子交换能力和吸附性能的特点 在工农业等领域中得到广泛地应用并取得了一定的成果【 。主要表现在以下几个方面 在农业方面的应用 作农药、催熟剂等的载体在市场上出售的农药大多为液体或气体 伴随有强烈的毒性和刺激性气味。在使用中存在一定的局限性 容易对人体的身心健康产生一定的危害。如果将农药载在沸石上使用 这样不仅方便使用 而且可以延长药效时间。通常将乙烯作为果实的催熟剂使用 由于乙烯是气体 利用率不高 故可将吸收了乙烯气体的沸石撒在果实上使用。这样不仅可以提高乙烯的利用率 而且容易将使用后的沸石从果实上清理掉。 作土壤改良剂土壤的吸附性能和离子交换能力是决定土壤贫瘠或富饶的重要因素。当土壤吸收和保持肥料的能力较弱时 施肥后肥料不易被土壤吸收 而是挥发掉或随雨水流失 不利于被农作物吸附 因此 为了提高农作物的产量 必须在贫瘠土壤中加入改良剂 改善其土质。盐基交换量大的土壤 可以将肥料保持在土壤中一段时间使其被农作物吸收 干土贫瘠土壤的盐基交换容量为 中等土壤的交换量也只有 左右 斜发沸石或片沸石的沸石矿中其交换量达到 左右。因此 将沸石粉施于土壤中作改良剂 可以提高土壤的盐基交换量 有利于农作物的生长【 猡】。并且沸石中所含的 等阳离子是农作物生长所必需的因此 将沸石粉施于土壤中还具有直接充当肥料的效果。武汉理工大学硕士学位论文 在石油、化工方面的应用 作催化剂或催化剂载体沸石常常被用作催化剂或催化剂的载体使用。沸石作为催化剂主要用于石油化工领域 如石油化学的异构化、石油炼制的催化裂解、烷基化、氢化及重整等 作液体和气体的净化、分离及储存剂沸石内表面积很大其晶格内部有很多大小均匀的孔穴跟孔道 并且其内部空间结构只能吸收直链烷烃 不能吸收异构烷烃或芳香族化合物 所以利用沸石的这种特性可以将直链烷烃从发电机燃料组份中分离出来 或者在 芳族烃混合剂中回收纯度较高的对二甲苯 】。利用沸石的吸附特性 可以以沸石为载体 将一些有毒、易挥发的气体或液体吸附在沸石中 以便运输和储存 在水处理方面的应用天然沸石去除水中的氨氮氨氮是引起水体污染跟富营养化的一种重要污染源 因沸石具有独特的阳离子交换性能跟吸附再生能力 故在氨氮废水处理中得到广泛地应用。沸石种类的不同导致其对阳离子交换顺序上的差异 其对阳离子的交换顺序为由此可以看出 斜发沸石对 的交换顺序仅次于 赵玲玲等【以丝光沸石为吸附剂去除生活污水中的氨氮 研究结果表明 当丝光沸石投加量为 吸附时间为 对氨氮初始浓度为的模拟废水去除率达到 以上。 天然沸石去除水中的重金属离子我国水体中重金属离子污染严重 沸石独特的离子选择性吸附 使得它在处理重金属离子废水中得以应用。近年来 国内外研究人员对利用沸石处理重金属离子废水做了大量的研究 并且取得了一些成功的经验【 采用天然斜发沸石处理重金属离子混合废水根据实验结果可知 斜发沸石对重金属离子的选择性顺序为 等利用改性钠型沸石处理重金属离子废水依据相关的动力学数据可知 武汉理工大学硕士学位论文钠型沸石对这些离子的交换性顺序为 】等利用改性斜发沸石处理镀金废水中的重金属离子结果表明 改性斜发沸石对电镀废水中的重金属离子具有较好的处理效果 是影响吸附性能最关键的因素。天然沸石去除水中的有机物有机污染物是水体中的一种重要污染源 像苯酚、苯胺、氨基酸这些常见的有机污染物均可以利用沸石进行去除。但沸石独特的结构特点决定了沸石只能吸附一些较小的有机分子 而粒径较大的有机物分子则很难进入沸石内部被其吸收 但沸石表面可以吸附粒径较大的极性有机分子 因此 沸石对有机物的吸附取决于有机物分子极性的强弱跟粒径的大小。粒径小的有机分子比粒径大的分子更容易进入沸石内部被其吸附 极性强的有机分子比非极性分子更容易被吸附在沸石表面被其去除 天然沸石去除水中的氟高氟浓度废水在我国分布广泛长期饮用高浓度氟水容易引起慢性疾病 导致氟中毒。天然沸石对氟的去除能力很差 但经过改性后的活化沸石对氟具有较强的吸附性能 并且吸附饱和后的沸石可以解吸再生 重复利用 降低经济成本 。刘文质 】等以斜发沸石为吸附剂处理含氟废水 研究结果表明 当原水中氟含量为 经斜发沸石处理后水中氟的含量为 达到国家排放标准其它各项指标也均有所改善。董岁明【 】等以三氯化铁改性的沸石处理含氟废水 研究结果表明 该沸石对氟的饱和吸附容量为 具有吸附容量高、速度快、选择性高、再生能力强等特点。 天然沸石去除水中的放射性物质核裂变的主要成分 通常会被排放到水体中造成污染由于其半衰期很长 很难被降解 所以沸石的热稳定性和抗辐射性使其在去除 可以被永久固定在沸石的晶格里防止其污染扩散 也可作为放射源备用。丝光沸石和斜发沸石均对 天然沸石作为洗涤剂中的助涤剂近年来由于大量氮磷化学物排入水中水体富营养化现象时常发生 并且还呈现日益严重的趋势。因磷酸盐化合物大部分来自洗涤剂 为此 有必要寻找 种合适的助涤剂来代替磷酸盐 以减少其使用量。其中 沸石可代替磷酸盐 这是因为即使溶液中 浓度很低时 沸石依然对 具有较强的亲和力 很容易与 进行离子交换。但 沸石对 的亲和力较弱 即使升高温度 沸石对 沸石却对具有很强的亲和力 因此 均具有较好的吸附性能可以作为合适的助涤剂 用于海水淡化将活性炭加入人工合成的银离子交换沸石银式泡沸石 可以制成化学脱盐剂使海水脱盐。其作用原理为银式泡沸石中的银离子能与氯离子反应生成氯化银沉淀 可以除去海水中的 另外氢型强酸性阳离子交换树脂也能除去这些离子其中 的作用是除去 。等离子都成为不溶性的沉淀物通过过滤装置将这些沉淀物分离除去后 滤过水便可饮用【 用于硬水软化在加热条件下用氯化钠对沸石进行改性处理后 其离子交换性能更加理想。沸石中的 等二价离子被还原置换后 由于 半径较小 通过沸石内部孔隙时 空间位阻小 比较容易进入通道 并向通道内快速扩散 使得沸石具有更大的离子交换能力和软化水能力。试验结果表明 经沸石处理后的软化水的质量己达到软水标准 技术经济指标己达到磺化煤离子交换机的要求【 沸石在水处理中存在的问题虽然沸石在水处理中的应用十分广泛但也存在着一定的问题 主要表现 武汉理工大学硕士学位论文在以下几个方面 、我国已经发现的沸石矿有十几种 但应用研究较多的还是斜发沸石跟丝光沸石 对其他像方沸石、辉沸石、片沸石的矿种研究较少 应加大开发研究的力度。 、用天然沸石处理水体中的污染物存在着吸附交换容量跟水力损失之间的矛盾 如何改善沸石的性能 使其在保持高交换容量的同时 让水力损失尽可能的低 是值得进一步研究的。 、对沸石进行改性的方法很多 常见的主要是酸改性、碱改性、盐改性、有机改性、水果沙拉热处理等改性方法 但其改性效果均不是非常理想 因此应对改进方法做进一步的研究探索 寻找更加高效的改性剂 提高沸石的选择吸附性能跟吸附容量。 、对吸附饱和后的沸石 在再生方法和再生剂的选择方法应做进一步的研究 寻求更加经济有效的再生剂 使之可以多次循环重复使用 降低经济成本。 、虽然沸石能在一定程度上去除水体中的污染物 但对对吸附机理的研究还不够深入 需做进一步的探讨。我国水源污染现状分析我国是一个水资源贫乏的国家 近年来 随着我国经济建设的快速发展 水污染情况日益严重 并且呈逐年上升趋势【 这样就使得我们可利用的淡水资源更加有限。《中国环境状况公报》表明我国河流的水源已普遍被污染 七大水系、三大湖泊、水库、近岸海域都受到了不同程度的污染【 多个港口城市的海域已频繁出现赤潮的现象。虽然常规水处理工艺可以澄清水质、消除水体中的传染病菌但并不能使许多工业废水中的有毒有害物质得到有效地去除 这些有害物质严重威胁着人类的生命健康安全【 废水中氨氮的来源废水中氨氮的来源很多并且排放量也很大。不仅炼油、化工、制药、钢铁、玻璃制造、饲料生产等产生的工业废水中含有大量的氨氮 而且垃圾填埋场渗滤液跟动物排泄物中均含有氨氮。不仅这些不同种类的工业废水中氨氮浓度差别很多 而且来源于不同工厂的同类工业废水中氨氮浓度也各不相刚

  片沸石颗粒吸附剂的制备及在氨氮废水处理中的应用和,剂的,沸石,制备的,吸附剂处理,废水的,沸石吸附剂,及应用,吸附剂的,沸石在

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