X型沸石吸附性能的研究进展

于思佳 高建平

摘 要：工业废水的大量排出，对生态环境造成了不可逆的破坏。作为一种廉价、高效且易得的天然矿石，X型沸石在废水处理方面具有广阔的应用前景。近年来，众多国内外学者在污水处理方面对X型沸石的性能进行了深入的研究。介绍了X型沸石的结构、吸附性能及其在污水处理方面的应用，提出了目前研究存在的问题，并对未来的研究工作提出了一些建议。

关键词：X型沸石；吸附性能；重金属离子；有机染料；二氧化碳

基金项目：河北农业大学理工基金（ZD201705）

近年来，工业化生产使水污染日益严重。工业废水就是其中之一。工业废水具有一定的挥发性，会产生刺激性气味[1]，有害化合物进入人体后，长期积累会引起各种慢性病[2]，所以，对污水的绿色处理迫在眉睫。工业废水的绿色处理有很多种，其中物理吸附法因易操作且高效等优点备受人们关注。X型分子筛的晶胞组成为Na56[Al56Si136O384]·264H2O[3]，结构为八面硅氧骨架，具有比表面积大、孔径大小适中、结构稳定等特性，其分子内部存在的骨架负电荷使其具有较强的吸附性能，现已广泛应用于污水处理、催化裂化等方面。本研究将对改良的X型沸石的特性进行综述，着重对其吸附性能进行介绍，并结合目前存在的问题对未来的研究工作进行了展望。

1 X型沸石吸附性能

1.1 重金属离子的吸附

重金属离子主要来源于煤矿、冶铁、涂料等工厂排放的废水。臧晔等[4-5]以乌海地区煤矸石为原料，运用传统水热合成法，在金属体系中合成LSX型沸石。考察了各种影响沸石合成的因素，找出了一条最佳的合成路线。发现沸石对Zn2+、Ni2+为非均相吸附，即同时存在物理吸附与化学吸附。亢玉红等[6]研究了X型沸石对含Cu2+模拟废水溶液，金属离子初始浓度、溶液pH对Cu2+去除效果的影响，研究发现，当pH=6时，吸附量最大，吸附效果最佳；李豪瑞[7]通过亚氨基二乙腈（IDAN）合成偕氨肟来改良X型沸石，改性后的X型沸石用于去除去Ru3+和Cs+。结果发现，该反应可通过离子交换作用来实现化学吸附。

王思阳[8]采用碱熔融-水热法合成X型沸石，实验的主要方法为控制变量法。研究发现，X型沸石对Cu2+、Hg2+的吸附量是煤矸石的4.0倍，由此看来，改性后的X型沸石化学吸附性能更强，所以，对X型沸石的改性研究是重点发展方向。

张萌萌[9]利用煤矸石制备出形态完好的NaX型沸石分子筛。将实验制得的NaX型沸石分子筛用作吸附剂，研究了该沸石分子筛对Cd2+、Cr3+、Cu2+这3种重金属离子在不同系统中的吸附效果。发现当碱溶液与煤矸石的配比为1.2∶1.0、pH为4时，改良的X型沸石对重金属的吸附效果最佳，并且随着溶液浓度的增加，X型沸石对3种金属离子的吸附量相應增加。同时，经过不同方法改良的X型沸石分子筛中，有机改性的煤矸石吸附效果最好。

施平平等[10]利用水热合成技术，制备出纳米X型沸石，研究了纳米X型沸石分子筛对Ni2+的吸附效果，考察了纳米X型沸石分子筛用量、pH、温度等对Ni2+的吸附效果的影响。结果表明，当温度达到25 ℃、吸附时间为5 min、pH约为5.0时，吸附量达到最大，同时，发现该纳米级X型沸石分子筛可以循环利用。

1.2 有机染料的吸附

随着人们审美的提高，服装的色彩备受关注，但含染料的废水由于其色度很高，极难去除，产生了“有机染料如何处理”这一问题。

董衍玲[11]探究了多孔沸石对染料废水中的有机染料罗丹明B、亚甲基蓝和甲基橙的吸附效果。结果表明，多孔材料的内孔易于吸附染料分子，且可通过煅烧法再次回收利用，其吸附能力不随之降低。JAMIl T S等[12]以X型沸石为原料研究了其吸附亚甲基蓝的最佳条件，发现其吸附完全符合Langmuir和Freundlich模型。何杰等[13]发现天然沸石与活性炭共同使用时对致色有机物有明显的去除效果，几乎能将废水中的染料完全去除。陶红等[14]以天然矿石为原料合成13X沸石，发现其吸附速率非常快，尤其是对苯酚。13X沸石对苯酚的最大吸附量为10 mg，且符合Freundlich吸附等温式。虽然沸石对有机染料有较强的吸附性，但沸石吸附的专一性不高，这一点仍有待提高。

黄佳佳[15]利用粉煤灰，用碱熔融法合成了无杂晶生成的NaA和NaX型沸石，研究了吸附剂的用量、溶液pH、吸附温度等因素对吸附能力的影响，发现NaX型分子筛的吸附能力最大。

1.3 二氧化碳的吸附

CO2近年来在化工生产领域的用途越来越广，CO2是工业合成尿素、阿司匹林、备水杨酸及其衍生物和脂肪酸的重要原料。同时，CO2还是良好的制冷剂[16]，不会对环境造成二次污染。作为高效的超临界萃取剂，其萃取能力比有机溶剂高出几十倍甚至上百倍，超临界CO2萃取已在工业中大规模应用，如从酒花中萃取黄腐酸、从咖啡中提取咖啡因、从油料作物中提取油脂等质。李鹏飞[17]研究了利用PAS和TSA气体分离技术提高X型沸石对CO2的吸附容量，同时，考察了X型沸石形成过程中对黏合剂和焙烧温度的选择、溶液的碱处理对沸石分子筛吸附性能的影响以及粉体X型沸石分子筛改性研究，并制备出了具有高吸附容量的X型沸石分子筛。

2 结语

改良后的X型沸石具有规整的八面体笼孔结构和活性较强的酸碱位点，在废水处理方面表现出不可替代的功能特性。

如何快速实现反应后的固液分离、如何保证吸附的专一性、如何更好地进行结构改良来提高沸石的利用率等问题都亟待解决。同时，在进行工业生产时，要尽量减少三废的排放，尽可能从源头上杜绝污染，选择一条经济合理、技术先进、安全可靠、符合环保要求、易于实施的工艺路线，真正实现绿色化学。

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[17] 李鹏飞.X型沸石分子筛吸附剂的制备及其吸附性能研究[D].太原：太原理工大学，2007.

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