沸石改性，如何能提高对氟离子吸附能力？

沸石最早在1756年被瑞典矿物学家Cronsted发现。它的最小组成单体是硅氧及铝氧四面体骨架，由于硅（铝）氧四面体多样性的连接方式，在沸石结构中便形成了许多孔穴和孔道，使其具有吸附分离性、离子交换性、扩散性及催化性等特点，拥有了神奇的本领。

沸石对水中污染物的吸附

在沸石的铝氧四面体中，价态为+3价的铝原子不能平衡掉与之相连接四个氧原子的负电荷，导致每个单位的铝氧四面体带负电。因此沸石有较强的离子交换性和交换选择性。

它拥有很大的比表面积，吸附性能强大。孔穴和孔道大小均匀，直径在0.3~1nm之间，小于这个直径的物质可以通过，实现了“分子筛”的功能。相较于其他吸附材料，沸石有价廉易得、耐酸碱，机械强度高等一系列优势。

沸石处理污水中的氨氮、有机物、金属离子等的作用机理主要为吸附作用和离子交换作用，这两种作用可同时发生或单独发生，主要和污染物的特性有关。和活性炭相比，沸石能高效地吸附水中极性强而分子质量较小的溶解性有机物。

天然沸石具有极强的亲水性，因此也限制了它的应用。近年来，对于沸石疏水性的研究和通过改性的方式，提高沸石对某些特定目标物质的吸附性能，成为研究热点。

- 案例 -
沸石改性，吸附氟离子

新能源、电池、半导体、新型农药等都离不开氟。这些行业中，含氟废弃物/废液的来源不同，场景复杂。
天然沸石本身的除氟能力并不高，仅靠含有的+3价Al起吸附作用。然而，通过修饰多价金属阳离子，改性沸石可以大大提高对氟离子的选择交换性能，且成本低，操作简易，可再生利用。

改性方法

通过表面活性剂对沸石进行改性：用十六烷基三甲基铵离子（HDTMA）对斜发沸石进行改性，在吸附剂表面形成阴离子吸附中心。氟离子在未改性吸附剂上的吸附是由盐沉淀和吸附控制的，改性后，吸附一般是通过阴离子交换过程进行的。

用金属对沸石改性也经过了大量的尝试，改性后金属氢氧化物覆盖天然沸石的表面。这里展示了铝改性沸石的机理：

改性沸石的吸附机理及特性

通过改性，羟基和F-离子可以进行阴离子交换，当吸附剂和被吸附物接触时，它会引起F-吸附。被吸附物（氟离子）可以进行离子交换反应、配体交换反应或者氢键相互作用。

吸附性能的影响参数

PH、温度、氟浓度等因素，都会对吸附性能产生影响。

1）PH酸碱度

研究人员用一种改性后的NaA型沸石的进行了吸附实验，它在微酸性pH值范围（5~6）可以获得最大的氟去除量，并且该pH值可能是大多数吸附氟离子的最佳工作范围。改性后的NaA型沸石，在45°C的最佳温度下用1.05g沸石处理每升溶液。吸附4小时后，获得了22.83 mg/g的氟最大吸附容量。

2）温度

温度是直接影响工艺经济性的重要参数。一般而言，吸附效率通常随着温度的升高而提高，这可能是由于改性沸石对吸附物的选择性增强，或是由于活性位点数量的增加而导致的。这种更高的选择性是由于系统在更高温度下的能量，这促进了F离子与改性沸石表面的结合。在较低的温度下，由于范德华吸引力降低，吸附去除率较低。

3）氟浓度
目前而言，沸石改性除氟的实验研究大多集中在饮用水污染范围内，氟的初始浓度较低，并最终浓度可以达到氟离子的允许限制。
我们也在探索利用沸石的特点，通过对沸石改性，在复杂环境中提升对氟离子的吸附性能，从而服务更多工业场景。