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沸石材料在土壤修复中的效果怎样?-沸石滤料
发布时间:2021-04-02 10:29
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近些年,沸石作为一种稳定的吸附材料,由于其优异的离子交换性能、吸附性能,在土壤修复中的应用受到越来越多的关注。从化学组成与晶体结构的角度来看,沸石是一种典型的硅铝酸盐,Si-O四面体和Al-O四面体是构成沸石骨架的初级结构单元;在沸石骨架中,其初级结构单元通过共用氧原子,相互连接形成多元环,构成了沸石骨架的次级结构单元;次级结构单元,通过桥联的氧原子,进一步相互连接,可以形成笼形等不同构型的结构单元;笼形的结构单元通过不同的连接、排列方式进一步形成具有独特孔道拓扑结构和尺寸的沸石骨架结构。

沸石的骨架中充满着空腔和孔道,最大孔隙率可达到50%,孔道中常吸附有水分子和可交换的阳离子,甚至阴离子。这些独特的组成和骨架结构使沸石具有良好的阳离子交换容量
和表面吸附能力,是一种很好的吸附剂。此外,沸石由于硅铝酸盐构成的骨架具有优异的热稳定性,沸石在被用于土壤修复的过程中,还具有骨架结构稳定、修复效果持久、可适当调节土壤的pH和透气性、对环境友好、无二次污染等优势,对于不同污染物质污染的土壤均有良好的修复效果,具有十分广阔的应用前景。
在目前全球已发现的四十余种天然沸石中,斜发沸石的储量最为丰富。总体来说,天然沸石的主要成分为硅铝酸盐、水分子、可交换阳离子,还含有少部分杂质元素。几种常见的天然沸石具有成本低,且与其他类型的吸附剂相比热稳定性和耐酸腐蚀性更好的优势;但是与合成沸石相比,其存在化学组成不一致、纯度低等不足。
邓世茂等人提出,沸石的硅铝比,孔径大小,阳离子类型、数量及位置都对其吸附能力有较大影响,可用一定的方法对天然沸石进行调控、改性,进而促进其有效孔道的利用及其离子交换能力的提高。常用的调控处理方法包括离子交换、酸/碱洗和热处理法等。离子交换处理可以改变沸石骨架中阳离子的类型、位置、数量及孔道开放度,显著提高沸石材料的离子交换容量。酸洗可以去除堵塞孔道的杂质,提高空隙率和吸附能力,但是随着处理强度和持续时间的增加,会逐渐消除骨架结构中的阳离子,最终使结构脱铝;碱洗可以改变沸石的孔径和孔容,但高浓度或长时间的碱洗可能带来沸石骨架的脱硅、脱铝。热处理可以脱去沸石孔道中的水分子,增大孔道开放度和有效孔隙体积。
总之,沸石具有比表面积大、阳离子交换容量大、化学稳定性好、机械强度高且储量巨大的特点,是一种很有前景的土壤修复材料。深入系统研究沸石对土壤中不同类型污染物的修复效果、影响因素,从原子级尺度揭示沸石材料在土壤修复中的构效关系及修复机理,构建沸石材料在土壤修复应用过程中的完整的认知科学体系,是未来科学发展的必然。
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