[发明专利]一种沸石的复合改性方法及去除水中硝酸盐的应用

说明书

本发明公开了一种沸石的复合改性方法，包括先使用氢氧化钠将过筛后的沸石进行处理；再通过化学反应使负载在沸石中的铁离子还原成纳米零价铁；最后加入十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)通过疏水反应负载到含有纳米零价铁的沸石上。本发明能够有效保护沸石上负载的纳米零价铁，CTAC可以保护纳米零价铁不被氧化；还可以保证纳米零价铁在沸石中的稳定性，不易剥离和脱落，提高对水中硝酸盐的去除能力；在纳米零价铁用完的情况下，复合改性沸石仍能够有效去除水中的硝酸盐。本发明的复合改性沸石回收利用率高，应用前景广泛。

技术领域

本发明涉及水处理和环境功能材料技术领域，尤其涉及一种沸石的复合改性方法及去除水中硝酸盐的应用。

背景技术

随着工业高速产业化，以及农业生产的迅速发展，地下水中硝酸盐污染问题呈现日趋严重的趋势。硝酸盐由于其自身离子带有负电荷并且水溶性十分良好，具有较高的迁移性，因而污染范围广泛。尽管一般认为硝酸盐对人体并没有直接危害，但硝酸盐进入人体后会被体内微生物还原为亚硝酸盐，继而引发致癌、致畸、致突变等问题，严重威胁人类的生存和健康。很多国家和地区都己将硝酸盐划定为地下水污染控制的优先污染物。离子交换、反渗透、生物反硝化、化学还原等技术已被用于去除硝酸盐。然而，离子交换和反渗透相对昂贵，因为它们需要频繁的介质再生和产生二次盐水废物。生物脱氮是应用最广泛的方法，它产生过多的生物质和可溶性微生物产物，需要进一步处理才能用于饮用水供应。此外，与化学还原相比，微生物过程通常是缓慢的，有时是不完整的。

随着环境技术的不断发展，各种新型环境修复材料，尤其是纳米零价铁材料的研究越来越来受到人们的关注。然而，纳米零价铁由于比表面积大，反应活性强，易氧化形成致密的氧化膜，阻止目标污染物与零价铁接触从而降低其反应活性。除此之外，纳米零价铁由于高的表面能和磁性，会表现出团聚的倾向，从而影响纳米零价铁的反应活性和迁移性，影响其实际应用价值。

沸石是一种呈骨架结构的具有较多孔隙结构的矿物，其骨架结构为硅氧结构和铝氧结构的四面体，硅氧四面体和铝氧四面体通过氧原子连接起来，形成了较多的孔道，这样沸石就具有很大的比表面积。沸石由于其内部较多的孔道可以和阳离子进行离子交换反应并且不会改变沸石的基本骨架，因此沸石能够和环境中的阳离子进行较好的吸附作用和离子交换作用，在水处理中广泛应用。由于沸石的基本结构决定了沸石材料本身具有负电性，因此NH₄⁺-N有良好的吸附性能。

有国外学者将纳米零价铁负载于沸石载体上，探讨其对水中硝酸盐的去除特性。结果表明：零价铁的氧化还原作用可将水体中的NO₃^－-N一部分还原为N₂，一部分还原为NH₄⁺-N，进而被沸石吸附去除；硝酸还原得到的铵根离子完全吸附在Ze-nZVI上；反应结束时，从Ze-nZVI中提取的NH₄⁺-N浓度约占硝酸盐还原量的84.3％，实现对硝酸根和铵根离子的同步去除。同时，将纳米零价铁负载于载体上能够大大改善纳米零价铁易氧化、易团聚的性能，增强反应活性。

天然沸石由于分子孔道中存在水分子和其他的一些杂质，交换容量太低；并且硅铝结构本身带负电荷，故天然沸石难以去除水中的阴离子污染物。因此有必要对沸石进行改性，以达到增大沸石比表面积、提高吸附性能的目的。