[发明专利]改性沸石填料BMZ-1及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性沸石填料BMZ-1及其制备方法与应用。

背景技术

沸石(Zeolite)于1756年由瑞典的矿物学家克朗斯提发现，是一簇架状结构的含水硅酸盐矿物，是沸石族矿物的总称。沸石主要由火山熔岩或火山碎屑岩脱玻化而成，常见于喷出岩，特别是玄武岩的孔隙中，亦见于沉积岩、变质岩以及热液矿床和某些近代温泉沉积中。目前发现的天然沸石矿种类已达40多种。

沸石是一种呈骨架状结构的含水硅铝酸盐的多孔性晶体，其化学组成式可表示为：(Na、K、Li)_x(Mg、Ca、Ba、Sr)_y[Al_x+2ySi_n-(x+2y)O_2n]·mH₂O。沸石的化学成分是AlO、SiO、H₂O和金属阳离子四部分组成。构成沸石骨架的最基本结构是硅氧(SiO₄)四面体和铝氧(AlO₄)四面体。四面体的中心是硅(或铝)原子，每个硅(或铝)原子的周围有4个氧原子，硅氧四面体和铝氧四面体通过顶点的氧原子互相连接形成环状，构成了沸石的次级结构；当许多次级结构相互连接，形成复杂的、各种沸石特有的空洞和孔道的骨架结构，这些内部的孔穴通道由阳离子和水所充满。阳离子与骨架的作用力较弱，因此具有很大的流动性，可以参加离子交换而不改变沸石的晶体结构^[2]。

由于沸石的孔穴与通道的存在，使得沸石具有非常大的比表面积，沸石因其强大的色散力和静电引力的存在，使得沸石具有良好的吸附性能。沸石因电荷的过剩，故骨架中存在流动性的阳离子，这些阳离子与沸石骨架结合不紧，极易与周围环境中的阳离子发生离子交换作用。沸石的离子交换作用是具有选择性的，不同的沸石的离子选择性也不尽相同，斜发沸石的阳离子交换顺序为：

Cs⁺＞Rb⁺＞K⁺＞NH₄⁺＞Pb²⁺＞Ag⁺＞Ba²⁺＞Na⁺＞Sr²⁺＞Ca²⁺＞Li⁺＞Cd²⁺＞Cu²⁺＞Zn²⁺

如果沸石矿品位较低，矿石中含有较多其它硅酸盐矿物，就使天然沸石的离子交换性能降低；沸石矿中阳离子种类对离子交换性能影响极大，一般来说，Na₂O含量高的沸石具有较高的离子交换容量。浙江缙云的斜发沸石Na、Ca含量较高，属我国少见的钠钙型或钠型斜发沸石，实际离子交换容量在100～150meq/100g之间。

在水和废水处理中，最受人们关注的是沸石对NH₃-N的选择性吸附作用。此外，由于沸石的孔隙结构，也可用作水和废水处理系统中的填料，其表面和内部被微生物附着生长，构成生物沸石反应器。

生活污水和许多工业废水含有高浓度的氨氮及含氮有机物。近年来，在我国七大水系及大多数河流、湖泊、近海水体中，NH₃-N被频繁地监测为主要超标污染物。一些区域的NH₃-N已超过COD，成为影响地表水环境质量的首要指标^[4]，进而影响以该区域为水源地的水厂出水水质。究其原因，氨氮排放量超出受纳水体的环境容量，是造成目前地表水体NH₃-N超标的最主要原因。“十五”期间，我国氨氮排放总量呈现逐年上升的趋势；“十一五”时期，排放总量开始有所下降，但仍未达到“十五”初期的水平；“十二五”期间，我国除继续将COD纳入水环境总量减排的约束性指标外，NH₃-N也将被纳入水环境总量控制范畴。因此，高效除氨技术将成为废水处理系统中的关键环节。