不同改性方法對沸石吸附對硝基苯酚能力的影響分析

沸石是一類具有開曠格架的鋁矽酸鹽礦物，在我國分佈廣泛，其晶體內部存在許多孔徑均勻的孔道和內表面積很大的空穴，具有獨特的吸附、篩分、陽離子交換和催化效能，常被廣泛用作吸附劑。天然沸石對水中帶有極性的物質有較好的吸收效果，但對於多數在水中呈中性的有機汙染物吸附效果不理想，所以在將沸石應用於汙水處理時，通常對沸石進行改性以

提高其對汙水中有機汙染物的吸附能力。常用的沸石改性方法主要有活化 （包括酸活化和熱活化）\表面改性（如鈉改性）以及結構改性（包括骨架元素改性及非骨架元素的改性），但不同改性條件或改性方法的綜合使用對改性效果具有何種影響研究不多。本實驗對比了幾種常見的改性方法，如酸活化、熱活化、有機改性，以及不同改性方法實施順序不同對改性沸石吸附水體中對硝基苯酚能力的影響。

透過 8 種不同的方法對沸石進行改性，以天然沸石作對照，實驗共包括 9 個處理：（1）天然沸石。對外售出的天然沸石不經任何處理。（2） 500 ℃灼燒改性。馬弗爐升溫至 500 ℃，將沸石放入瓷坩堝中送入馬弗爐灼燒2 h後取出，放入乾燥器中冷卻。（3）HCl 改性。將10。0 g沸石加入100 mL 濃度為1 mol·L-1鹽酸溶液中攪拌 8 h，清洗 4~5 次後， 90 ℃烘乾， 105 ℃活化2 h。（4）HCl改性+500 ℃灼燒。將10。0 g 沸石加100 mL濃度為1 mol·L-1 鹽酸溶液中攪拌8 h，清洗 4~5 次後，90 ℃烘乾，105 ℃活化 2 h。馬弗爐升溫至 500 ℃，再把經 HCl 改性後的沸石放入瓷坩堝中送入馬弗爐灼燒 2 h後取出，放入乾燥器中冷卻。（5） 500 ℃灼燒+ HCl 改性。馬弗爐升溫至 500 ℃，再將沸石放入瓷坩堝中送入馬弗爐灼燒2 h後取出，放入乾燥器中冷卻。將冷卻後的沸石10。0 g加入100 mL濃度為1mol·L-1 鹽酸溶液中攪拌 8 h，清洗 4~5 次後，90 ℃烘乾，105 ℃活化 2 h。（6）HCl 改性+500 ℃灼燒+十六烷基三甲基溴化銨（CTMAB）改性。將質量濃度為 1。1%的 CTMAB 溶液與用“（4）”的方法改性後沸石以水土比 10∶1 混合， 60 ℃水浴下攪拌 2 h，靜置冷卻至室溫後過濾，蒸餾水洗滌 4～5 次，90 ℃下烘乾，再於 105 ℃下活化，2 h，即得到改性的有機沸石。（7） 500 ℃灼燒+HCl 改性 +CTMAB 改性 。 將質量 濃 度 為 1。1% 的CTMAB 溶液與用“（5）”的方法改性後沸石以水土比10∶1 混合， 60 ℃水浴下攪拌 2 h，靜置冷卻至室溫後過濾，蒸餾水洗滌 4~5 次，90 ℃下烘乾，再於 105 ℃下活化 2 h，即得到改性的有機沸石。（8） 900 ℃灼燒改性。馬弗爐升溫至 900 ℃，將沸石放入瓷坩堝中送入馬弗爐灼燒2 h後取出，放入乾燥器中冷卻。（9） HCl+900 ℃灼燒改性。將 10。0 g 沸石加入 100 mL 濃度為1mol·L-1 鹽酸溶液中攪拌8 h，清洗 4~5 次後，90 ℃烘乾，105 ℃活化 2 h，馬弗爐升溫至900 ℃，再把經HCl改性後的沸石放入瓷坩堝中送入馬弗爐灼燒 2 h 後取出，放入乾燥器中冷卻。

實驗對比了經不同方法改性後的沸石吸附溶液中對硝基苯酚能力的情況。圖1中天然沸石對對硝基苯酚的去除率出現負值，可以從以下兩方面進行解釋：一方面由於沸石的矽鋁結構本身帶負電荷，表面矽氧結構又具有極強的親水性，結構外部陰離子易水解，導致其對有機物的吸附效能極差，故難以去除水中非極性有機化合物（如對硝基苯酚）；另一方面未經洗滌的天然沸石，自身攜帶有較多雜質，與對硝基苯酚溶液混合振盪之後雜質進入溶液，影響了溶液的透光度，故而使測定值出現負值。

灼燒改性可以提高沸石的吸附能力。灼燒改性又被稱為熱活化，一定溫度的處理可以將填充在沸石結構內部的“沸石水”脫去，不破壞沸石的結構，從而釋放出更大的空間來提高沸石的吸附效能。由改性沸石樣品 XRD圖譜的出峰情況可以看出，灼燒也可以使沸石所含雜質減少，吸附有機物的能力提高（圖1中500 ℃灼燒）。實驗發現改性沸石的吸附能力隨著灼燒溫度的升高而提高，但當溫度升高到 900 ℃ 時改性沸石XRD衍射特徵峰消失，沸石結構被破壞。從實際應用角度看，灼燒溫度過低往往起不到活化作用，而溫度過高通常會造成沸石結構的破壞，所以採用 500 ℃灼燒改性並結合表面活性劑進行改性的方法較好。因為在一般情況下， 500~550 ℃灼燒時既可提高其機械強度又可加大孔容，增加比表面積，還可增加陽離子的運動活性，使改性進行更充分。

透過多種方法對沸石進行改性，對比研究改性後沸石處理含對硝基苯酚廢水的效果，結果表明，有機改性沸石去除對硝基苯的效果最好，不同改性沸石的吸附能力依次為：有機改性沸石＞酸熱聯合改性沸石＞酸改性沸石＞灼燒（500 ℃）改性沸石＞天然沸石。考慮到在酸熱聯合改性過程中，未經酸洗滌的沸石中所含雜質可能會在灼燒過程中對沸石的結構產

生影響，建議採用先酸改性再進行灼燒的方式對沸石進行改性比較合適。