X型沸石吸附性能的研究進展

于思佳 高建平

摘 要：工業廢水的大量排出，對生態環境造成了不可逆的破壞。作為一種廉價、高效且易得的天然礦石，X型沸石在廢水處理方面具有廣闊的應用前景。近年來，眾多國內外學者在污水處理方面對X型沸石的性能進行了深入的研究。介紹了X型沸石的結構、吸附性能及其在污水處理方面的應用，提出了目前研究存在的問題，并對未來的研究工作提出了一些建議。

關鍵詞：X型沸石；吸附性能；重金屬離子；有機染料；二氧化碳

基金項目：河北農業大學理工基金（ZD201705）

近年來，工業化生產使水污染日益嚴重。工業廢水就是其中之一。工業廢水具有一定的揮發性，會產生刺激性氣味[1]，有害化合物進入人體后，長期積累會引起各種慢性病[2]，所以，對污水的綠色處理迫在眉睫。工業廢水的綠色處理有很多種，其中物理吸附法因易操作且高效等優點備受人們關注。X型分子篩的晶胞組成為Na56[Al56Si136O384]·264H2O[3]，結構為八面硅氧骨架，具有比表面積大、孔徑大小適中、結構穩定等特性，其分子內部存在的骨架負電荷使其具有較強的吸附性能，現已廣泛應用于污水處理、催化裂化等方面。本研究將對改良的X型沸石的特性進行綜述，著重對其吸附性能進行介紹，并結合目前存在的問題對未來的研究工作進行了展望。

1 X型沸石吸附性能

1.1 重金屬離子的吸附

重金屬離子主要來源于煤礦、冶鐵、涂料等工廠排放的廢水。臧曄等[4-5]以烏海地區煤矸石為原料，運用傳統水熱合成法，在金屬體系中合成LSX型沸石?？疾炝烁鞣N影響沸石合成的因素，找出了一條最佳的合成路線。發現沸石對Zn2+、Ni2+為非均相吸附，即同時存在物理吸附與化學吸附?？河窦t等[6]研究了X型沸石對含Cu2+模擬廢水溶液，金屬離子初始濃度、溶液pH對Cu2+去除效果的影響，研究發現，當pH=6時，吸附量最大，吸附效果最佳；李豪瑞[7]通過亞氨基二乙腈（IDAN）合成偕氨肟來改良X型沸石，改性后的X型沸石用于去除去Ru3+和Cs+。結果發現，該反應可通過離子交換作用來實現化學吸附。

王思陽[8]采用堿熔融-水熱法合成X型沸石，實驗的主要方法為控制變量法。研究發現，X型沸石對Cu2+、Hg2+的吸附量是煤矸石的4.0倍，由此看來，改性后的X型沸石化學吸附性能更強，所以，對X型沸石的改性研究是重點發展方向。

張萌萌[9]利用煤矸石制備出形態完好的NaX型沸石分子篩。將實驗制得的NaX型沸石分子篩用作吸附劑，研究了該沸石分子篩對Cd2+、Cr3+、Cu2+這3種重金屬離子在不同系統中的吸附效果。發現當堿溶液與煤矸石的配比為1.2∶1.0、pH為4時，改良的X型沸石對重金屬的吸附效果最佳，并且隨著溶液濃度的增加，X型沸石對3種金屬離子的吸附量相應增加。同時，經過不同方法改良的X型沸石分子篩中，有機改性的煤矸石吸附效果最好。

施平平等[10]利用水熱合成技術，制備出納米X型沸石，研究了納米X型沸石分子篩對Ni2+的吸附效果，考察了納米X型沸石分子篩用量、pH、溫度等對Ni2+的吸附效果的影響。結果表明，當溫度達到25 ℃、吸附時間為5 min、pH約為5.0時，吸附量達到最大，同時，發現該納米級X型沸石分子篩可以循環利用。

1.2 有機染料的吸附

隨著人們審美的提高，服裝的色彩備受關注，但含染料的廢水由于其色度很高，極難去除，產生了“有機染料如何處理”這一問題。

董衍玲[11]探究了多孔沸石對染料廢水中的有機染料羅丹明B、亞甲基藍和甲基橙的吸附效果。結果表明，多孔材料的內孔易于吸附染料分子，且可通過煅燒法再次回收利用，其吸附能力不隨之降低。JAMIl T S等[12]以X型沸石為原料研究了其吸附亞甲基藍的最佳條件，發現其吸附完全符合Langmuir和Freundlich模型。何杰等[13]發現天然沸石與活性炭共同使用時對致色有機物有明顯的去除效果，幾乎能將廢水中的染料完全去除。陶紅等[14]以天然礦石為原料合成13X沸石，發現其吸附速率非?？?，尤其是對苯酚。13X沸石對苯酚的最大吸附量為10 mg，且符合Freundlich吸附等溫式。雖然沸石對有機染料有較強的吸附性，但沸石吸附的專一性不高，這一點仍有待提高。

黃佳佳[15]利用粉煤灰，用堿熔融法合成了無雜晶生成的NaA和NaX型沸石，研究了吸附劑的用量、溶液pH、吸附溫度等因素對吸附能力的影響，發現NaX型分子篩的吸附能力最大。

1.3 二氧化碳的吸附

CO2近年來在化工生產領域的用途越來越廣，CO2是工業合成尿素、阿司匹林、備水楊酸及其衍生物和脂肪酸的重要原料。同時，CO2還是良好的制冷劑[16]，不會對環境造成二次污染。作為高效的超臨界萃取劑，其萃取能力比有機溶劑高出幾十倍甚至上百倍，超臨界CO2萃取已在工業中大規模應用，如從酒花中萃取黃腐酸、從咖啡中提取咖啡因、從油料作物中提取油脂等質。李鵬飛[17]研究了利用PAS和TSA氣體分離技術提高X型沸石對CO2的吸附容量，同時，考察了X型沸石形成過程中對黏合劑和焙燒溫度的選擇、溶液的堿處理對沸石分子篩吸附性能的影響以及粉體X型沸石分子篩改性研究，并制備出了具有高吸附容量的X型沸石分子篩。

2 結語

改良后的X型沸石具有規整的八面體籠孔結構和活性較強的酸堿位點，在廢水處理方面表現出不可替代的功能特性。

如何快速實現反應后的固液分離、如何保證吸附的專一性、如何更好地進行結構改良來提高沸石的利用率等問題都亟待解決。同時，在進行工業生產時，要盡量減少三廢的排放，盡可能從源頭上杜絕污染，選擇一條經濟合理、技術先進、安全可靠、符合環保要求、易于實施的工藝路線，真正實現綠色化學。

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Research progress of adsorption properties of X zeolite

Yu Sijia， Gao Jianping

（College of Science & Technology， Hebei Agricultural University， Huanghua 061100， China）

Abstract：The large discharge of industrial wastewater has caused irreversible damage to the ecological environment. As a cheap， efficient and readily available natural ore， X zeolite has a broad application prospect in wastewater treatment. In recent years， many scholars at home and abroad have conducted in-depth research on the properties of X zeolite in sewage treatment. The structure， adsorption properties and application in sewage treatment of X zeolite were introduced. The existing problems in current research were put forward， and some suggestions for future research were put forward.

Key words：X zeolite； adsorption properties； heavy metal ions； organic dyes； carbon dioxide