粉煤灰基沸石的制备及应用研究进展

孙延文，王连勇，2，杨湘澜，崔家新，薛海月，韩建丽

(1.东北大学冶金学院，沈阳 110819；2.国家环境保护生态工业重点实验室，沈阳 110819)

0 引 言

我国是燃煤发电大国，而粉煤灰是燃煤电厂排出的固体废弃物，每燃烧1 t原煤，能产生250～300 kg粉煤灰[1]。我国粉煤灰的排放量随着电力需求的加大逐年增长，但我国粉煤灰的综合利用率要远低于西方发达国家。大量粉煤灰的堆积废弃会造成土地资源的浪费，同时还会造成环境污染。粉煤灰的理化性质决定了其变废为宝的可能，国内外研究者们经过数十年的研究，已经把粉煤灰应用在建材、农业、环保、化工等多个领域，但我国对粉煤灰的应用普遍停留在低附加值利用层面。沸石是结晶硅铝酸金属盐的水合物，具有较强的热稳定性、吸附性能、催化性能以及离子交换性能，但自然界中的天然沸石资源有限，且孔径和通道并不一定能够满足利用所需要求。粉煤灰的化学成分比较复杂，物理化学特性也因其来源的不同而有所差异。从粉煤灰的物理性质上来看，其颗粒直径普遍<20 μm，容重0.5～0.9 g/cm3，比表面积300～500 m2/kg，且质地轻薄，主要的化学组成成分是SiO2和Al2O3，与沸石有相似的成分、结构和火山灰特性，这就说明粉煤灰可以作为合成沸石的主要原料[2-4]，而合成沸石属于粉煤灰的高附加值利用，被认为是粉煤灰综合利用的最有效途径[5]。以粉煤灰为原料合成沸石，并将合成产物应用于环境治理当中是一种“以废治废”的发展理念，这与我国追求可持续发展战略的目标是一致的。本文通过综述粉煤灰的前期处理，以粉煤灰为原料合成沸石的主要方法以及合成产物的应用领域，为粉煤灰制备沸石提供更多研究思路。

粉煤灰又称飞灰，是煤燃烧后的主要副产物，虽属于固体废弃物，但是一种具有极大潜在价值的类火山灰资源[6]。其表面呈球形，具有比表面积大、吸附性强等优点。通常情况下粉煤灰呈灰色或灰黑色，含碳量越高其颜色越深。

粉煤灰的化学成分受到煤源、燃烧方式以及锅炉炉型等多种因素影响。但总体上各类燃煤电厂粉煤灰的主要成分是SiO2和Al2O3，属于硅铝酸盐化合物[7]，还有部分Fe2O3以及少量的CaO、MgO、TiO2、K2O和SO3等，此外还含有多种稀有金属。二氧化硅和氧化铝在粉煤灰中的质量分数为50%左右，且主要以非晶相存在，非晶相中以玻璃相为主[8]，石英、莫来石则以晶相存在。

1 预处理方法

粉煤灰中的SiO2和Al2O3大多以玻璃相存在，因此其活性较差，直接利用粉煤灰合成沸石会导致其纯度不高，所以采取一些预处理方式提高沸石产物的纯度很有必要。

粉煤灰中含有一定量未燃尽的煤炭，在以粉煤灰为原料制备沸石的过程中，这些未燃尽的煤炭就成为了粉煤灰基沸石制备过程中的杂质，如果这部分杂质得不到去除，会造成粉煤灰基沸石产物染色，影响产品的纯度。然而粉煤灰中的煤炭是否要在化学合成前通过预处理方法去除还要取决于粉煤灰基沸石产物的最终用途。如果需要合成纯度较高的沸石，就要对粉煤灰进行相应预处理以将其中未燃尽的煤炭去除，去除方法为：在800 ℃左右的温度下进行约2 h的高温焙烧[9-10]。张灿强[9]利用高温焙烧除炭的方法测试了其实验所用粉煤灰中炭的含量，经过反复的高温焙烧，直至前后两次的质量变化小于0.001 0 g为止，研究发现不同电厂的粉煤灰其含炭量有差异，质量分数从1%～7%不等。戴崟[10]在粉煤灰酸法提取氧化铝硅渣水热合成丝光沸石的实验中，对原料进行了除炭的预处理工艺，即将原料放于马弗炉中800 ℃焙烧2 h，脱炭后的原料制备出的沸石色度更好、纯度更高。

直接排出的粉煤灰粒径大小不一，且粉煤灰颗粒中存在冷却前没有释放出的气体，需要用外力破坏粉煤灰颗粒，释放其封闭的内部空间[11]，所以研磨是粉煤灰预处理的必要步骤。此外，粉煤灰中的磁铁矿、赤铁矿等磁性物质以及有机物、氧化物等杂质，在沸石的晶化过程中并不参与反应，还会影响产物的结晶度，通过预处理可以有效去除上述杂质，排除其对结晶过程的影响。

粉煤灰的预处理可以分为物理法、化学法两大类。

1.1 物理法

物理法对粉煤灰的预处理分为两步：研磨法、磁选法。

粉煤灰具有比表面积大的优点，但是粒径分布并不均匀。粒径大的颗粒会导致结晶反应时平均反应接触面积的降低。通过研磨法进行机械研磨，有两点优势：其一，可以破坏粉煤灰中的大颗粒，使固态粉煤灰都呈小颗粒状，粒径分布更加均匀；其二，可以释放粉煤灰颗粒中封闭的内部空间，增加结晶反应的接触面积，增加表面活性位点，从而提高结晶反应的活性。研磨法可以破坏包裹玻璃体的坚硬外壳，使内部的SiO2和Al2O3外漏，增加了硅铝的溶解率。吴艳等[12]对粉煤灰酸法提取氧化铝过程的机械研磨活化进行了研究，在并未添加助溶剂的情况下，认为机械研磨过程改变了玻璃相的表面特性，激发了更多表面活性位点，因此，显著地提高了提取氧化铝的溶出率。王国栋等[13]在对粉煤灰水热合成方钠石的研究中发现，研磨改变了粉煤灰原料的外貌、结构以及理化性质，从而激发了固体物料的潜在活性，有助于结晶反应的进行。在灰碱混合以前使用研磨法对粉煤灰进行预处理，虽然增加了一定的操作时间，但是该方法对粉煤灰原料物理层面的破坏，可以很好地促进后续的硅铝溶解以及沸石结晶过程。研磨法的优势是操作简单方便，成本低，但活化效果还需进一步提高，研磨法被认为是粉煤灰基沸石合成的基础。

磁选法可以有效降低粉煤灰的含铁量，提高沸石产物的白度[14]。使用磁选法处理过的固体物料中，铁含量的降低减少了部分不参与晶化反应的杂质，合成沸石的有效成分含量更高，制备的粉煤灰基沸石产物的纯度也相应提高。以磁选法去除Fe的粉煤灰为原料(由于堆放时间较长而导致铁表面附着的微量Fe2O3，不会影响磁选作用)，合成沸石产品的网络结构更加完整[15]。采用上述的物理法处理粉煤灰，是对粉煤灰的物理结构和宏观成分上的优化，为后续的化学法奠定基础。

1.2 化学法

化学法对粉煤灰的预处理包括碱熔法、酸洗法和氧化法。

原料粉煤灰中的莫来石相是粉煤灰的重要组成部分，同时还有部分石英相的存在。碱熔法是按照一定的比例将固体碱NaOH与粉煤灰混合后高温煅烧，以此来破坏粉煤灰中的莫来石晶相、石英晶相以及玻璃体，从而增加粉煤灰原料的活性。其机理是碱的加入可以破坏Si-O-Si和Si-O-Al键，使莫来石相转化为硅铝酸盐，石英相转化为硅酸盐，为共价键转变为离子键提供了必要的碱性环境[16-17]。本文在粉煤灰基沸石的合成方法中介绍了碱熔融水热合成法，这种方法就是对粉煤灰原料进行碱熔法的预处理。

酸洗法处理粉煤灰主要有两个用途：一是破坏粉煤灰的玻璃相，提高活化程度；二是有效去除有机质及内部的氧化物，特别是金属氧化物。然而，Al2O3也是一种金属氧化物，在酸洗法处理过程中Al2O3也会流失。由于原料中Al2O3的损失，在后续的合成过程中就要额外添加铝源以调节硅铝比，这就导致了沸石合成的成本增加，因此要对酸洗法进行控制。影响酸洗法的主要因素有：酸的浓度、酸的种类以及酸灰比。杨林等[18]选取1.5 mol/L的HCl为酸洗液，以1 ∶25的灰酸质量比处理粉煤灰，经过酸洗后Fe2O3的含量明显降低，相应地提高了SiO2和Al2O3的占比，产物的结晶度显著提高。Panitchakarn等[19]采用HCl为酸洗液对粉煤灰进行预处理，处理后得到的沸石产品纯度很高。何宏福等[20]在利用粉煤灰合成Na-P1型沸石进行氨氮吸附的实验中对合成沸石的粉煤灰进行了酸洗预处理，增强了粉煤灰原料的反应活性。酸洗法是利用化学反应在粉煤灰的化学结构上以及微观成分上给予优化，既提高了粉煤灰的活性，又去除了大部分金属氧化物杂质，因此利用酸洗法处理粉煤灰有利于提高沸石产品的纯度以及粉煤灰的利用率。

氧化法一般选择次氯酸钠与过氧化氢混合物作为氧化剂，用以去除粉煤灰中的还原性杂质，例如将Fe2+氧化为Fe3+，再令其与酸反应达到去除的目的，因此氧化法常与酸洗法同步使用。

因此粉煤灰的预处理方法可以理解为：物理法改变其物理结构兼物理除杂；化学法改变其化学结构兼化学除杂。

2 粉煤灰基沸石的合成方法

Holler等[21]于1985年首次将粉煤灰合成沸石，随着研究的不断深入，沸石的合成方法也逐渐增多。粉煤灰合成沸石的方法分为单纯水热法和技术辅助复合水热法。所谓单纯水热法就是指只需要水热合成技术的方法，而技术辅助复合水热法是指将水热法与其他技术相结合，在多种技术共同作用下达到提高产品品质的目的。

2.1 单纯水热法

单纯水热法即在粉煤灰合成沸石的过程中只需要进行水热合成技术(在高温高压下的水热反应系统中，加入碱液，使难以溶解的含硅铝固体物质溶解，并重新结晶)，没有其他技术的参与。采用此方法合成沸石，对合成设备的要求比较低。单纯水热法又分为一步水热法和两步水热法两类。虽然同为单纯水热法，但两者在工艺流程以及产品性能上都存在较大差异。

2.1.1 一步水热法

一步水热法又称直接法，其操作过程是：将粉煤灰与一定浓度的碱液按适当比例混合，在反应器中老化、结晶，经洗涤、过滤、烘干后得到沸石产品。图1为一步水热法具体流程图。Norihiro等[22]对一步水热法合成沸石的反应机理进行了研究，指出反应过程分为三个步骤：(1)溶解：粉煤灰中的Si4+和Al3+溶解。(2)成核：混合液中硅铝浓缩并形成硅铝凝胶。(3)结晶：硅铝凝胶在一定条件下晶化形成晶粒，晶粒生长形成沸石。龚真萍[23]利用一步水热法制备了沸石，并将其应用于染色废水的处理，同时分析了沸石投加量以及搅拌时间对处理效果的影响，但达到最佳处理效果所需的酸性条件较高。曹丽琼等[24]在研究粉煤灰基沸石的制备以及对亚甲基蓝的吸附实验中，以高铝粉煤灰为原料，利用一步水热法成功制备了Na-P1型沸石，并在其表面负载水合金属氧化物，研究表明，负载型沸石对水中亚甲基蓝的吸附速率和饱和吸附量均显著优于沸石，且再生效果更好。一步水热法是粉煤灰基沸石合成工艺的基础方法，虽然该方法工艺简单，合成成本较低[25]，但所需反应时间长，合成产物纯度、产量较低[26-27]，因此在粉煤灰基沸石的实际制备中使用较少。

图1 一步水热法流程图Fig.1 Flow chart of one-step hydrothermal method

图2 两步水热法流程图Fig.2 Flow chart of two-step hydrothermal method

2.1.2 两步水热法

两步水热法的工艺流程如图2所示。第一步：将粉煤灰与一定浓度碱液按适当比例混合，充分溶解后过滤，根据所要制备的沸石种类，在滤液中适当添加硅铝酸盐以调节硅铝比，放入反应器中老化、结晶，然后洗涤、过滤、烘干后得第一批沸石。第二步：将第一步最后得到的滤液加入最开始得到的滤渣中，放入反应器进行水热反应，再经洗涤、过滤、烘干，得到第二批沸石。

王海龙等[28]采用两步水热法成功制备了Na-A型沸石，并发现该沸石产品对含锰废水的净化效果很好。两步水热法是以一步水热法为基础进行的工艺改良，第一次的结晶反应中，不再使用灰碱固液混合物作为反应原料，而用混合液代替，因此所得产物相比一步水热法具有更高的纯度。两步水热法制得的第一批沸石杂质少、纯度高，但是工艺流程复杂、耗时长，由于调节硅铝比时要加入硅铝源，因此成本高。

2.2 技术辅助复合水热法

单纯水热法合成的产物都有或多或少的缺陷。针对这些问题，研究人员在合成沸石过程中不断引入新技术、进行新的探索，尝试在不同的合成阶段对合成效果加以促进，比如利用技术手段或使用添加剂促进溶解、结晶等过程。目前比较常用的技术辅助复合水热法包括：碱熔融水热合成法、微波辅助加热法、晶种诱导水热法、碱熔融超临界水热合成法等。

2.2.1 碱熔融水热合成法

碱熔融水热合成法是将碱熔融活化法与水热法相结合。碱熔融活化法是将固体强碱NaOH与粉煤灰原料混合，并将固体混合物置于650 ℃左右的马弗炉中高温焙烧，再经研磨形成粉煤灰熟料，向熟料内添加适量蒸馏水以及硅铝酸盐(调节硅铝比)，最后置于反应釜中发生水热反应，经洗涤、过滤、烘干得到沸石产品。碱熔融水热合成法的流程如图3所示。张晶晶等[29]对碱熔融法合成粉煤灰沸石进行了研究，并讨论了粉煤灰沸石吸附氨氮性能的影响因素，通过正交实验发现各因素的影响大小顺序为煅烧温度>mNaOH∶mCFA>煅烧时间(CFA即粉煤灰)，在煅烧温度650 ℃，煅烧时间60 min，碱灰质量比1.2 ∶1的制备条件下，合成的粉煤灰沸石对氨氮的去除率达到69.3%。Izidoro等[30]应用碱熔融水热法成功合成了P、X型沸石及羟基方钠石。张丽宏等[31]进行了循环流化床粉煤灰可控制备高纯F型八面沸石研究，先利用酸浸法对粉煤灰进行预处理，然后采用碱熔融水热合成法制备F型八面沸石，发现碱熔焙烧可以使粉煤灰中硅铝等惰性组分充分活化，通过不断调节结晶温度，最终确定了550 ℃为最佳碱熔活化温度。吴迪秀等[32]以粉煤灰为原料利用碱熔融-水热法合成了A型沸石，并研究其吸附性能，确定了对Cu2+吸附效果最好的A型沸石碱熔融条件是焙烧温度650 ℃，碱灰质量比1.3 ∶1，焙烧时间60 min，其吸附率可达95%。李政等[33]研究了粉煤灰基沸石对石化废水的脱氮除磷性能，研究表明合成的NaP1沸石中含有少量杂晶，阳离子交换容量远大于原材料粉煤灰，沸石产品处理后的出水满足石油化工行业污水排放标准。粉煤灰经碱熔融后，原本不参与反应的石英和莫来石晶相被有效破坏，提高了粉煤灰的活性；经碱熔融后的粉煤灰不再呈原有的球状形态，而变成了分散的粉煤灰熟料，利于水热反应的进行。该方法可以将石英与莫来石转化为沸石，提高了粉煤灰的利用率，制得沸石的纯度高、杂质少，但是需要高温煅烧，因此耗能也相对较大。近几年研究表明，碱熔融水热合成法是制备粉煤灰基沸石的主流方法，其原因在于该方法对粉煤灰的激活效果最为明显，同时对技术及设备要求又不是很高，在众多合成方法中优势明显。

图3 碱熔融水热合成法流程图Fig.3 Flow chart of alkali fusion hydrothermal synthesis

图4 微波辅助加热法流程图Fig.4 Flow chart of microwave assisted heating method

2.2.2 微波辅助加热法

微波辅助加热法是指采用微波辅助加热的方法，在高温高压的封闭容器中水热合成沸石，利用微波场的催化作用促进晶核形成以缩短结晶时间。图4为微波辅助加热法的具体流程图。崔红梅等[34]对微波辅助加热粉煤灰水热合成沸石的最佳条件进行了研究，发现微波合成的最佳条件是微波场温度120 ℃，加热时间40 min，NaOH浓度2 mol/L，固液比1 ∶2.5 (g/mL)。此条件下合成的沸石CEC值(阳离子交换量)达到了167.1 mmol/100 g，而常规水热法需加热12 h(CEC值为170.3 mmol/L)才能达到这一水平。Fukasawa等[35]利用微波辅助加热法合成了钾型沸石，并比较了沸石在微波加热和油浴加热条件下的形成速率，发现微波辅助加热时成核、结晶的速率更快，沸石对铵吸附量为50 mg/g。微波辅助加热法可以降低反应的活化能，提高成核速率，但是微波会对晶核生长阶段起抑制作用。该方法可以有效提高反应速度、缩短反应时长，但沸石的转化率不高。采用微波加热是对一步水热法的工艺改良，但是单纯使用微波辅助加热法制备粉煤灰基沸石时会发现其整体收益并不高，但鉴于该方法能有效缩短反应周期，可考虑与其它方法联合使用。

2.2.3 晶种诱导水热法

晶种诱导水热法是通过向碱液与粉煤灰混合的混合液中添加特定的晶种以合成对应沸石的方法，从而缩短了成核时间，即缩短了反应周期。Zhao等[36]从合成Y型和ZSM型沸石的方法中得到启发，将化工原料制备的晶种引入到粉煤灰合成沸石的反应过程中，短时间内得到了较纯的Y型沸石，结晶度为72%。Larosa等[37]在粉煤灰合成F沸石的过程中添加了天然沸石作为诱导剂，大大缩短了沸石合成周期。晶种的加入便于特定类型沸石的合成，使沸石的形成过程具备了选择性，提高了沸石的纯度，有效缩短了反应周期，目前的研究中多与其它方法联合使用。该方法具有易操作、所需反应条件温和、反应周期短、产物纯度高等优点，不过晶种的添加使反应成本有所增加。

图5 碱熔融超临界水热合成法流程图Fig.5 Flow chart of alkali melting supercritical hydrothermal synthesis method

2.2.4 碱熔融超临界水热合成法

超临界水热合成法是将超临界流体技术与水热合成技术相结合的一种复合方法。碱熔融超临界水热合成法是在超临界水热法的基础上对原料进行碱熔融处理，提高原料的活性，进而改善合成沸石品质。将粉煤灰与固体强碱混合，搅拌均匀后焙烧，焙烧产物按照一定的固液比与蒸馏水或一定浓度的NaOH溶液混合，搅拌一段时间得到前驱体凝胶，将凝胶置于反应釜中，在一定超临界水热条件下反应一段时间，冷却后的晶化产物经洗涤、过滤、烘干得到沸石产品，具体流程如图5所示。赵宇雄等[38]用粉煤灰为原料对其碱熔融超临界水热合成沸石过程进行了研究，发现以Na2CO3为活化剂，碱灰质量比1.2 ∶1，850 ℃下焙烧3 h对粉煤灰的活化效果最好，探索出最佳晶化条件为加蒸馏水，固液比1 ∶5 (g/mL)，晶化温度400 ℃，晶化时间5 min，硅铝摩尔比2.5 ∶1，并在上述条件下成功合成出高纯度钙霞石。金属氧化物难溶于超临界水，所以提高了晶化反应的速率，在较短时间内得到较高的成核率。有关碱熔融超临界水热合成法制备粉煤灰基沸石的文献并不多，但该方法具有良好的应用前景。碱熔融法可以有效提高粉煤灰的活性，超临界水热法有利于合成反应时的除杂及提高合成速率，同时超临界水热法过程简单易控，可广泛应用于材料、化工和生物等领域。该方法的结晶度高，沸石产品纯度高，但是相对其它方法其工艺流程较复杂。

除上述方法之外，还有一些不常用的粉煤灰基沸石合成方法，如盐热合成法、添加空间位阻剂法、超声波法等。

3 粉煤灰基沸石的主要应用

沸石具有特殊的孔道结构，同时具有良好的吸附性能、催化性能和离子交换性能。粉煤灰基沸石具有较强的热稳定性，因此可将其作为催化剂载体。同时，沸石优异的吸附性能可将其用于废水处理，并达到良好的效果。与土壤改良等附加值较低的应用领域相比，将粉煤灰基沸石应用在气体分离和制作隔热保温涂料方面则显示出其独有优势。

3.1 催化剂载体

粉煤灰基沸石具有较大的比表面积、规则的孔道结构以及良好的阳离子交换能力。目前采用的催化剂颗粒或者催化剂溶胶在应用方面都存在着一些问题，比如催化剂难以回收或利用率低等缺点。若将催化剂负载于多孔且具有较强吸附能力的粉煤灰基沸石表面，就会增强催化剂与待处理污染物的单位接触面积，从而提高催化剂的利用率。同时更易回收催化剂，提高催化剂的重复利用率，因此粉煤灰基沸石具备作为催化剂载体的条件[39]。王凯等[40]研究了粉煤灰基沸石负载二氧化硅对Cu2+的吸附性能，采用水热合成法用粉煤灰合成了沸石，并采用浸渍法将二氧化硅负载于粉煤灰基沸石上，得到粉煤灰基沸石负载二氧化硅催化剂(FAZS)，吸附试验结果表明，FAZS能有效地吸附Cu2+，并发现吸附量与pH值成正相关。当Cu2+初始浓度50 mg/L，pH=5，当吸附剂投入量1.0 g/L时，Cu2+去除率可达75%以上，FAZS对Cu2+吸附行为符合Langmuir数学模型。张志翔等[41]研究了丝光沸石负载二氧化钛膜对邻氯苯酚的光催化降解性能，研究发现在反应过程中，沸石载体将溶液中的邻氯苯酚吸附在TiO2膜表层附近，增加了污染物与催化剂的接触机会，提高了光催化降解效率。将催化剂反复使用11次后，降解效率依然比悬浮相氧化钛反应体系高。粉煤灰基沸石作为催化剂载体具有良好的应用前景，因为在反应过程中，粉煤灰基沸石载体可以将污染物吸附在催化剂表层及表层附近，使污染物与催化剂充分接触，提高催化效率。此外，粉煤灰基沸石负载催化剂还可回收循环利用，且重复利用时催化效果依旧良好。

3.2 废水处理

粉煤灰基沸石的硅铝比较低，它们的离子交换能力、吸附能力较强且离子交换容量较大。在废水处理方面应用时，可使粉煤灰基沸石的离子交换能力、吸附能力得到有效利用。于家琳等[42]研究了粉煤灰基沸石在重金属废水处理中的应用，将粉煤灰基沸石用于质量浓度为500 mg/L的Ni2+模拟废水中，发现该材料具有良好的重金属废水处理效果，饱和吸附量在20～50 mg/g，达到商业沸石处理水平。此外研究还验证了吸附机理，即沸石中的铝、硅等活性基团通过化学键与重金属离子结合，经过离子交换作用将废水中的重金属离子交换出来，排除了该吸附剂对重金属离子单纯物理吸附的可能。Tauanov等[43]利用巴西粉煤灰合成了羟基方纳型沸石，发现该沸石对废水中锌、铬等重金属离子的去除效果很好。粉煤灰基沸石对废水中有机质也有较好的去除效果。目前在很多将粉煤灰基沸石应用于废水处理的研究中，废水净化机理基本相同，都达到较好的净化效果，具有一定的工业应用前景。但是粉煤灰基沸石处理废水后形成的产物如何更好地处理，还需研究人员深入探索。

3.3 气体分离

粉煤灰基沸石在工业制气纯化以及工业、生活废气治理中也有广泛应用,如去除焚烧飞灰中的重金属离子，减少其对人体的伤害。又如天然气纯化、烟气净化等，粉煤灰基沸石将混合气中的SO2、H2S、CO2、NH3等有害组分去除，在提高制气质量的同时还减轻了有害组分对设备的腐蚀[44-46]。赵宇雄[47]对碱熔融超临界水热法合成的沸石在煤气脱汞的应用上进行了研究，选取Na2CO3为活化剂,碱灰质量比1.2 ∶1，晶化温度400 ℃，水固比5 ∶1 (mL/g)，硅铝摩尔比2.5 ∶1，晶化时间5 min的条件下合成了钙霞石，并发现该沸石在低温模拟煤气中脱汞活性很高。Hui等[48]采用多种金属离子对粉煤灰基沸石进行改性，改性后的沸石对模拟气中的甲烷去除效果良好。牛永红等[49]研究了粉煤灰基沸石对室内空气甲醛的净化性能，确定了粉煤灰基沸石脱除净化甲醛的最佳工况为相对湿度40%，温度12 ℃，空气流速4 m/s，并发现在最佳工况下，沸石对甲醛的脱除率可长时间保持在80%以上。将粉煤灰基沸石应用于气体分离领域，不仅为制造无污染建筑装修材料提供了可能，而且可以有效促进对工业废气排放的治理，对于改善大气环境、保护大气层、避免温室效应以及保障地球生物健康都有重大意义。

3.4 隔热保温

建筑隔热保温涂料是用来减少建筑物内热量累积的一种功能性涂料。沸石是硅铝酸盐的结晶水合物，晶体内部含有大量充满空气的空穴，因此其导热系数λ较小，故可以作为制备建筑隔热保温涂料的原料。郑楠[50]对粉煤灰基沸石制备外墙隔热保温涂料进行了实验研究，在苯丙乳液30 g，水25 g，纤维素0.3 g，钛白粉25 g，分散剂0.1 mL，润湿剂0.1 mL，粉煤灰基沸石10 g的配比条件下，发现当PVC(颜料浓度)的质量分数为40%时，涂料性能最佳，可以将涂层内外温差保持为14.7 ℃，比其它涂料性能优异。此外，还验证了涂层厚度对隔热性能几乎没有影响。利用粉煤灰基沸石为原料生产隔热保温涂料既可降低生产成本，又可提高产品性能，同在其它领域的应用相比不会产生废物，具有深入开发的价值。

4 结论与展望

粉煤灰是燃煤产物，我国逐年增加的发电量不可避免地导致越来越多粉煤灰排放，而我国对粉煤灰的综合利用率仍处在一个较低水平，因此应继续加强对粉煤灰高附加值利用方面的研究。随着研究的不断深入，粉煤灰合成沸石的方法得到了逐步改进，以水热合成法为基础不断创造出新的改良方法，使合成沸石的纯度变高、杂质减少，粉煤灰的整体利用率也在提高。此外，沸石产品的应用领域也更加广泛，从土壤改良到废水废气处理再到对放射性核素的固定，整体利用效果呈附加值升高的趋势。优点虽多但依然存在一些问题：

(1) 煤源不同会影响粉煤灰的成分，所以要针对不同产地的粉煤灰制定不同的沸石合成方案，而且偏远地区的科研力量受限，导致粉煤灰不能充分利用，产生恶性循环。

(2)合成方法中有些制备条件较复杂，合成成本较高，影响了粉煤灰基沸石的大批量生产，需向可工业化生产方向努力。

(3)粉煤灰基沸石无法对废气废水净化后产生的废物进行处理，这方面仍需深入研究。

因此，对于粉煤灰合成沸石的研究还需进一步探索，探讨开发出工艺流程简单、制备条件容易、产品纯度高、粉煤灰利用率高的综合合成方法，提高其工业化生产的可能。此外利用粉煤灰制备沸石用于环境治理是一种“以废治废”的可持续发展理念，但治理后又会产生新的废物，其治理问题同样需深入研究。