絲光沸石的作用與改性

摘要

本文詳細(xì)闡述了絲光沸石的作用，包括其對純氣體的滲透選擇性以及在乙醇/水體系分離中的表現(xiàn)，同時介紹了絲光沸石的改性方法和改性后對氨氮廢水中銨離子的交換性能研究。

一、引言

絲光沸石作為一種具有獨特晶體結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)的分子篩材料，在氣體分離、液體混合物分離以及廢水處理等多個領(lǐng)域展現(xiàn)出了潛在的應(yīng)用價值。對絲光沸石的作用和改性研究，不僅有助于深入了解其性能特點，還能為其在不同領(lǐng)域的優(yōu)化應(yīng)用提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。

二、絲光沸石對純氣體的滲透選擇性

研究對象與方法：科學(xué)家針對定向含硼MFI型絲光沸石粉展開研究，以純氣體（如H?、He、Ne、Ar、O?、CO?、CO、SO?、N?等）為測試對象，通過測量不同氣體透過焙燒后的B-AL-ZSM-5絲光沸石粉的情況，來評估其對純氣體的滲透性和選擇性。

選擇性數(shù)據(jù)及意義：實驗結(jié)果顯示，H?、He、Ne、Ar、O?、CO?對N?的理想選擇性分別為16.8，15.6，12.6，9.41，8.60，5.32，CO和SO?對N?的理想選擇性分別為0.135和0.0179；O?對CO和SO?的理想選擇性分別為63.7和480.2。這些數(shù)據(jù)表明，B-AL-ZSM-5絲光沸石粉對純氣體的透過具有良好的理想選擇性。這種選擇性使得絲光沸石粉在氣體分離領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力，例如在工業(yè)氣體的提純過程中，可利用其選擇性將目標(biāo)氣體與雜質(zhì)氣體分離。同時，由于其對有害氣體（如CO、SO?）的低透過性，可能為新型防毒面具的材料選擇提供了一種優(yōu)質(zhì)的可選方案，能夠有效阻擋有害氣體，同時允許人體所需的氣體（如O?）通過。

三、絲光沸石在乙醇/水體系的分離性能

對比實驗：在滲透氣化實驗中，研究人員對比了原多孔玻璃基材和焙燒后的B-Al-ZSM-5絲光沸石粉對不同濃度乙醇/水體系的分離性能。原多孔玻璃基材在測定溫度范圍內(nèi)（這里主要關(guān)注303K），對3種不同濃度（5%，50%和95%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的乙醇/水體系幾乎沒有分離性能，而焙燒后的B-Al-ZSM-5絲光沸石粉表現(xiàn)出明顯的分離能力。

分離系數(shù)及親水性體現(xiàn)：B-Al-ZSM-5絲光沸石粉對5%，50%和95%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）乙醇/水體系進(jìn)行分離時，水的分離系數(shù)分別為28.2，135.7和518.5（溫度均為303K）。隨著乙醇濃度的增加，水的分離系數(shù)顯著增大，這充分表明該MFI型絲光沸石粉具有強的親水性。這種親水性使得絲光沸石粉在乙醇/水體系的分離中具有重要的應(yīng)用價值，例如在生物乙醇的生產(chǎn)過程中，可用于乙醇的提純，去除其中的水分，提高乙醇的純度和質(zhì)量。

四、絲光沸石粉的改性方法

改性步驟：首先稱取10g 20～40目的斜發(fā)沸石，將其加入到100mL濃度為20%的NaCl溶液中。然后用電爐將混合溶液煮沸，待溶液渾濁后，傾去渾濁液。接著再加入預(yù)熱的100mL鹽水，繼續(xù)用電爐煮沸0.5h，重復(fù)上述傾去渾濁液的操作。之后用蒸餾水對沸石進(jìn)行漂洗，使其冷卻至室溫，至此完成改型過程。改型后的鈉型沸石裝入直徑為φ5mm、長度為300mm的交換柱內(nèi)，用蒸餾水洗滌至流出液中無Cl?，表明此時沸石表面的雜質(zhì)氯離子已基本去除干凈。

改性原理：該改性過程主要是利用NaCl溶液中的鈉離子與斜發(fā)沸石中的其他陽離子進(jìn)行交換，從而改變沸石的離子交換性能和表面性質(zhì)。通過這種改性，使得沸石的結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，以適應(yīng)特定的應(yīng)用需求，如在后續(xù)對氨氮廢水的處理中，提高其對銨離子的交換能力。

五、改性后絲光沸石對銨離子的交換性能研究

交換容量測定方法：用已知pH值的NH??濃度的氨氮廢水以一定流速流經(jīng)裝有改性鈉型沸石的交換柱，當(dāng)達(dá)到一定刻度時停止通廢水。然后測定容量瓶內(nèi)廢水的NH??濃度，通過前后廢水中NH??的濃度差，即可計算出沸石對銨離子的全交換容量。通過改變氨氮廢水的pH值，重復(fù)上述步驟，能夠測得不同pH值時沸石對氨氮廢水中銨離子的全交換容量，從而了解pH值對沸石交換性能的影響。

循環(huán)試驗條件及結(jié)果：循環(huán)試驗采用氯化鈉溶液為洗脫劑，在廢水pH值為5、吸附溫度為20°C、吸附速度為0.0027m/s、洗脫溫度為75℃、洗脫速度為0.08cm/s的綜合條件下，進(jìn)行多組循環(huán)試驗。通過循環(huán)試驗，可以評估改性沸石在實際應(yīng)用中的穩(wěn)定性和重復(fù)使用性能，為其在氨氮廢水處理工程中的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。結(jié)果表明，在合適的條件下，改性后的絲光沸石能夠?qū)崿F(xiàn)對銨離子的有效吸附和洗脫，具有一定的實際應(yīng)用潛力。

六、結(jié)論

絲光沸石在氣體分離和液體混合物分離方面表現(xiàn)出了獨特的性能，其對純氣體的滲透選擇性以及在乙醇/水體系中的分離能力，為相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的思路和材料選擇。同時，通過特定的改性方法，絲光沸石對氨氮廢水中銨離子的交換性能得到了優(yōu)化，有望在廢水處理領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。未來，隨著對絲光沸石研究的不斷深入，其性能和應(yīng)用將得到進(jìn)一步拓展和完善，為解決實際工程問題提供更多有效的解決方案。