沸石是具有孔道結(jié)構(gòu)和含水架狀硅鋁多孔礦物，因有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，使之具有分子篩分、離子交換、吸附和催化等功能，因而在污水處理、土壤修復(fù)、大氣污染治理、汽車尾氣處理等眾多環(huán)境領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
1、沸石的物理化學(xué)特性
（1）沸石的吸附性能
沸石材料和一般的吸附材料（活性炭、生物炭和硅膠等）不同，具有選擇吸附性和對極性分子有良好的吸附性能等特點(diǎn)：
選擇性指的是，沸石材料空穴和通道中的水分子在350℃以上進(jìn)行加熱時，會發(fā)生脫水，當(dāng)沸石材料和污染物接觸時，尺寸足夠小的粒子能夠被固定在空穴中，而分子尺寸比孔徑較大的分子則無法進(jìn)入，從而起到了篩分的作用。
由于沸石的基本結(jié)構(gòu)決定了沸石材料本身具有負(fù)電性，因此對極性分子有良好的吸附性能，此類的極性分子有：CH2Cl2，CHCl3，CH3CH2OH，SCl2，NH3，NH4Cl，沸石經(jīng)過改性能增強(qiáng)其對此類極性分子的吸附能力。
（2）沸石的離子交換性能
沸石的離子交換作用需要在水溶液中進(jìn)行，而以下的式子可以用于代表其離子交換過程：Na（Z）+M（S）=M（Z）+Na（S）式中，字母S為反應(yīng)溶液，字母Z為不同類型的沸石，字母M（S）分為沸石中的鈉離子Na（Z）的替代離子。
不同的沸石材料其離子交換性能不同，主要與沸石材料中的空穴體積、正電荷以及硅鋁比例有關(guān)。由于沸石材料本身具有不平衡的電荷，因此在發(fā)生離子交換作用之后，會引入新的陽離子，而硅鋁含量較高的沸石材料，則會引入較少的負(fù)電荷。
在眾多的沸石材料中，斜發(fā)、絲光天然沸石等沸石材料具有很高的陽離子交換容量（如：斜發(fā)沸石和絲光沸石的理論交換容量分別為：0.213mol/100g和0.223mol/100g）。
?。?）沸石的催化性能
沸石材料不僅比表面積大（300~400m2/g），而且具有較高的電荷密度同時具有酸性缺陷位點(diǎn)，因此沸石材料本身就具有較為優(yōu)異的催化性能。在這個基礎(chǔ)之上，沸石還可以作為制備改性沸石材料催化劑的載體，如負(fù)載不同的金屬氧化物（鐵、鋁、鋅、銻等）來增強(qiáng)催化性能，這類金屬能夠協(xié)同表現(xiàn)出較好的吸附性能。
2、沸石環(huán)保礦物材料的產(chǎn)品種類及市場前景
目前，沸石作為環(huán)保礦物材料，市場上主要有以下幾類產(chǎn)品：
?。?）沸石分子篩
沸石分子篩是一族含堿或堿土金屬、具有連通孔道并呈架狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽或硅鋁酸鹽礦物，是天然分子篩（即沸石礦）與人工合成分子篩的總稱。
沸石分子篩由于具有離子交換性、選擇吸附性、催化和耐酸耐熱性，且比表面積大，能有效去除大氣和水體污染中的有機(jī)/無機(jī)污染物，并在土壤改良、水土保持、垃圾滲濾液處理及核廢物處理中也得到廣泛研究與應(yīng)用，具有價廉易得、易再生、無二次環(huán)境污染的特點(diǎn)，可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。
?。?）沸石水處理材料
沸石是一種天然礦物，具有成本低、效果好的特點(diǎn)，將其應(yīng)用于水污染處理可以降低處理的成本，并且沸石在去除氨氮、有機(jī)污染物質(zhì)、金屬元素、放射性物質(zhì)、殺菌等方面都有明顯的效果，是一種具有良好發(fā)展前途的水處理材料。
?。?）沸石土壤改良材料
沸石作為一種環(huán)境友好型改良劑，在大量的科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中顯示了較好的土壤改良效果，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
沸石可減小土壤容重，增大土壤總孔隙度，使土壤疏松，改善土壤通透性，提高排水滲透能力。
土壤中施加沸石可以增加土壤對銨離子、鉀離子等陽離子的吸附能力，提高養(yǎng)分有效性，調(diào)節(jié)土壤的pH。
沸石具有較大的比表面積和陽離子交換量，施加適當(dāng)量的沸石可促進(jìn)土壤中重金屬由交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)向鐵錳結(jié)合態(tài)、有機(jī)態(tài)和殘渣態(tài)轉(zhuǎn)化，即由生物有效態(tài)向非生物有效態(tài)的轉(zhuǎn)化，降低重金屬在土壤環(huán)境中的生物有效性，有效地鈍化土壤中的重金屬，降低重金屬的可遷移性，增加重金屬污染土壤中重金屬離子的地球化學(xué)穩(wěn)定性，從而減輕重金屬對動植物的毒害性，抑制植物對重金屬的吸收，維護(hù)土壤生態(tài)平衡，經(jīng)濟(jì)有效地治理重金屬污染土壤。
施加沸石可明顯增加植物的生物量，提高植物的抗病性，且具有較長的后效，對植物的生長具有明顯的促進(jìn)作用。
在沸石改良土壤性質(zhì)的同時，它也改善了土壤微生物群落的生存空間，提高了土壤微生物生物量和土壤微生物多樣性。
礦物材料用于土壤的改良、治理，不僅是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展需要，同時也是拓寬礦產(chǎn)資源綜合利用領(lǐng)域的一個重要途徑。我國的礦產(chǎn)資源種類繁多，特別是非金屬礦，但整個非金屬行業(yè)的產(chǎn)品檔次不高，在傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域競爭日趨激烈的情況下，開發(fā)、拓展非金屬礦產(chǎn)品新的應(yīng)用領(lǐng)域勢在必行，非金屬礦物在土壤改良乃至整個農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用無疑為眾多非金屬礦生產(chǎn)企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)提供一個重大發(fā)展契機(jī)，同時還可以促進(jìn)非金屬礦領(lǐng)域與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的交叉發(fā)展，無論從近期效益，還是長遠(yuǎn)發(fā)展的角度來看，都是一個“雙贏”的局面。因此可以說，發(fā)展礦物材料在土壤改良以及在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用前景非常廣闊，并具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
?。?）沸石空氣凈化材料
沸石具有強(qiáng)大的吸附功能，對極性分子如H2O、NH3、H2S、CO2等有很高的親和力，即使在低相對濕度、低濃度、較高溫度條件下仍能有效吸附，因此是性能穩(wěn)定、吸附效果良好的吸附劑，可用于廢氣處理和空氣凈化。
另外，改性沸石作為吸附劑，可去除污染室內(nèi)空氣中的乙醛、甲醛、硫醇等污染物。以天然沸石或天然沸石與活性炭制成過濾材料對煙氣（主要成分SO2、NH3、CO2、亞硝胺以及其他有機(jī)氣體）進(jìn)行吸附過濾，可降低這些有害組分對大氣的污染。
?。?）汽車尾氣處理材料
沸石凈化催化劑主要應(yīng)用于高標(biāo)準(zhǔn)尾氣排放領(lǐng)域，亦可廣泛應(yīng)用于燃?xì)?、燃煤、燃油裝置廢氣治理及其它多種領(lǐng)域的廢氣治理。
國六標(biāo)準(zhǔn)下，中國對于沸石分子篩的消費(fèi)從零開始，預(yù)計Johnson Matthey、BASF和Umicore的沸石分子篩需求量分別是5557噸、3313噸和1742噸。
從需求釋放節(jié)奏來看，一線城市一般會提前釋放較高排放標(biāo)準(zhǔn)，因此2019年中國市場將會有少量沸石需求，到2020年中國沸石需求將會有千噸以上。
Technavio認(rèn)為2017-2021年全球沸石分子篩的需求增速為8.16%，遠(yuǎn)高于全球經(jīng)濟(jì)的平均增速。
國六全面實(shí)施后，預(yù)計國內(nèi)每年新增需求沸石環(huán)保材料約1萬噸以上：以國內(nèi)2017年為例，輕卡300萬輛，每輛沸石需求約2kg，重卡120萬輛，每輛沸石需求約5kg，合計約1.2萬噸）。
?。?）沸石室內(nèi)裝修壁材
沸石作為一種新興的室內(nèi)裝修壁材，具有凈化空氣、釋放負(fù)氧、調(diào)溫調(diào)濕等優(yōu)越的性能，廣泛適用于住宅、辦公樓、酒店、會議中心、醫(yī)院等各種場合的內(nèi)墻、天花板等方面的裝飾。
?。?）沸石日用產(chǎn)品
利用沸石獨(dú)特的離子交換性能、吸附性能等特性，可制成沸石純手工香皂、沸石香氛凈化球、沸石除味凈化球、沸石防霧霾口罩、沸石魔力洗衣球、沸石娃娃魚面膜、沸石納米富氫水、沸石抗菌濾芯、沸石衛(wèi)生巾等日用產(chǎn)品。
我國沸石資源豐富，分布廣闊，但由于沸石相關(guān)利用技術(shù)相對不足，導(dǎo)致沸石利用率及產(chǎn)率低下，采用改性技術(shù)對天然沸石性能進(jìn)行定向的物理和化學(xué)性質(zhì)變化，將有利于沸石材料在特定環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，具有廣闊前景和較高的研究價值。
參考資料：
[1] 張世春,王恩文,雷紹民,等.沸石分子篩在大氣與水污染治理應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].無機(jī)鹽工業(yè),2014,46(11):9-16.
[2] 張莉,趙保衛(wèi),李瑞瑞.沸石改良土壤的研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2012,31(7):39-43.
[3] 辛云嶺,李政一,鄭志斌.沸石在水污染治理中的應(yīng)用[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2005,15(10):125-126.
[4] 白志民.沸石在室內(nèi)健康型壁材中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢[J].商訊,2019:23-24.
[5] 馬克拉韋.沸石在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用[D].廣西師范大學(xué),2016.
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