白志民 | 德州PPT沸石性质及其在环境污染治理中应用

沸石是什么？

沸石是一类具有孔道结构的硅酸盐矿物，具有几十个品种；在自然界中广泛分布，但形成高品质富矿较少；也可人工合成。

1沸石独特的性质

➢吸附性：沸石有很大的比表面积和表面不饱和电荷，具有很强的静电引力和强的吸附性能；

➢离子交换性：沸石孔道中具有丰富的可交换阳离子，如K⁺、Na⁺、Ca²⁺等；

➢催化性：沸石晶体结构中具有丰富的酸性中心；

➢分子筛效应：沸石具有固定尺寸的孔道，这种结构起到了筛选分子的作用；

➢耐酸碱耐高温：沸石在强酸、强碱及高温环境下结构不破坏。

2沸石的结构骨架

沸石的结构骨架主要有四面体、环形、笼形、孔道体系等。

在沸石的上述骨架外，还有一些碱金属或碱土金属阳离子（K⁺、Na⁺、Ca²⁺等）

➢这些阳离子位于沸石孔道中。

➢主要是补偿由于Al³⁺替代Si⁴⁺后引起的电价不平衡。

➢与硅氧四面体的连接力较弱，可交换阳离子。

3沸石的孔道结构及吸水-脱水

沸石骨架结构中含有四、五、六、八、十或十二个四面体构成的环面，形成一定大小的孔洞及管道，使得沸石能选择性的吸附大小适当的分子，因此沸石又称为“分子筛”。沸石孔洞及管道中的阳离子及水分子，由于具有相当的抗动性，使得沸石有离子交换及可逆的吸水脱水特性，同时结构中不同大小的阳离子会使得沸石孔洞的大小与极性随之改变，沸石具有的吸附性、离子交换性、催化性，决定沸石可用于环境材料，用于污水、有害气体处理。

沸石在污水处理中的作用

1、通过吸附-离子交换-催化，降低氨氮含量；

2、通过吸附-离子交换，有效去除重金属及放射性元素；

3、作为絮凝过程中的成核剂，可以加快絮凝和沉淀速率，提高污水处理效率；降低污泥水分含量和处理成本。

絮凝-沉淀示意图

成核-絮凝-沉淀示意图

沸石污水处理工艺流程

1城市或工业污水处理效果

从处理前后水质数据及感官上的对比可见，沸石污水处理大大削减进入河道的污染物浓度。

2地表水处理效果

沸石污水处理可消除劣五类水，消除黑臭水体

3沸石在污水处理中的优势与特点

➣充分发挥了沸石独特的结构与性能特点以及环境属性；

➣实现了沸石环境材料与污水处理设备的完美结合，运行效率高，净化能力强；

➣可有效去除水中的COD、BOD、NH^3-N、TP、悬浮物等，具有脱色、除臭、除味等综合功效；

➣可有效去除水中的重金属（镉、铬、汞、铅、砷等）、放射性物质；

➣污泥资源化再利用，有效避免了二次污染。

沸石在VOC处理中的应用

活性炭、沸石均含有丰富的均匀微孔结构，都是废水处理、废气处理常用的吸附剂，由于沸石是具有硅氧四面体和铝氧八面体组成四元环和六元环形成孔道结构，多为2~50nm微孔尺寸，利用巨大的内表面积进行吸附；活性炭多是无定形的多孔结构，对吸附物质缺乏选择性。因此，沸石吸附性能更好。

沸石颗粒与活性炭吸附VOC效果对比表

1VOC处理装置示意图与实景照片

沸石VOC处理装置

1沸石VOC处理的优势

➣吸附率高：相比活性炭，综合吸附性能高40%以上；

➣使用次数：活性炭是一次性的，沸石可反复使用4次，4次后吸附性能逐渐降低；

➣耐火性：活性炭耐火性低，容易引发火灾；沸石作为无机材料，耐火性极高；

➣价格低：相比活性炭，价格低30%以上；

➣耗材：无需更换原有设备，是一款高效的活性炭替代产品。

沸石环境污染治理面临的战略机遇

1国家层面

近年来，中央陆续颁布了环境保护领域的“土十条”、“水十条”和“大气十条”，这为环境污染治理营造了非常有利的政策环境,也是沸石作为环境材料工业应用的重要战略机遇。

2需求层面

近年来，沸石这一具有特殊环保属性的天然材料，其功能属性被越来越多的环保科技人员和环保企业所认识，它在环保领域的应用越来越广泛，特别是人工湿地建设、地表水处理、VOD污染治理等领域，其独特优势具有不可替代性。

3供给侧层面

长期以来，我国天然沸石开采-加工产业处于小、散、乱的状态，企业数目多，但规模化有效供给不足。

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