改性沸石吸附劑對(duì)水中污染物的去除效果受其自身性質(zhì)、環(huán)境條件、吸附工藝等諸多因素影響,其中吸附材料自身性質(zhì)(比表面積、粒徑、功能基團(tuán)等)和環(huán)境條件(pH、溫度、共存離子等)是其吸附效果的主要影響因素。

第一,Zeolite材料的性質(zhì)。沸石材料的比表面積、孔隙結(jié)構(gòu)、表面活性基團(tuán)種類、Si/Al、粒徑等都會(huì)對(duì)水體中污染物的吸附產(chǎn)生影響。吸附劑的比表面積和孔徑分布決定目標(biāo)污染物與吸附劑表面活性基團(tuán)的接觸程度,是其吸附性能的關(guān)鍵影響因素。

一般而言,吸附劑的比表面積越大,孔腔結(jié)構(gòu)越發(fā)達(dá),吸附質(zhì)更易快速與其活性位點(diǎn)結(jié)合進(jìn)而達(dá)到吸附平衡,吸附容量相應(yīng)增大。部分改性雖然有可能引起孔徑堵塞造成比表面積降低,但是由于活性位點(diǎn)的引入,對(duì)目標(biāo)污染物的吸附能力反而增強(qiáng)。ARANCIBIA-MIRANDA等在沸石表面負(fù)載nZVI后,材料的比表面積由31.0m2/g降至29.2m2/g,但是對(duì)目標(biāo)污染物的吸附能力卻提高了約60mg/g。Si/Al可改變沸石孔隙內(nèi)陽離子含量,影響吸附容量。SHEVADE等研究表明,低Si/Al比的NY6沸石展現(xiàn)出對(duì)As(Ⅴ)更好的吸附性能。沸石材料的粒徑亦會(huì)影響吸附效果,吸附劑粒徑越小,在水體中越分散,吸附能力越強(qiáng)。

第二,環(huán)境條件影響。除吸附材料本身的性質(zhì),吸附過程中溶液pH、溫度、共存離子等環(huán)境條件也是吸附效果的關(guān)鍵影響因素。通過分析最適吸附條件,有利于獲得更好的吸附容量。

(1)PH。根據(jù)吸附材料在不同溶液pH條件下吸附性能的差異,可提高改性沸石材料對(duì)水體陰離子污染物吸附的特異性。離子化有機(jī)污染物在不同pH條件下的存在形態(tài)不同,以雙層HDTMA改性沸石吸附苯酚為例,苯酚在pH升高到一定程度時(shí)形成陰離子(HDTMA改性沸石對(duì)可離子化有機(jī)污染物的吸附發(fā)生在pH為9.9~10.3),相比中性條件吸附性能(7~8mg/g)提高,當(dāng)處于有機(jī)陰離子狀態(tài),疏水性的苯環(huán)指向雙層HDTMA內(nèi)部與表面活性劑的烷基鏈相互作用,形成相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

(2)溫度。改性沸石材料對(duì)水中陰離子污染物的吸附容量下降,則表明吸附過程為放熱。反之則為吸熱過程。YOUSEF等通過吸附動(dòng)力學(xué)探究吸附材料對(duì)水體中陰離子污染物的吸附行為并研究了溫度變化對(duì)苯酚去除效果的影響,結(jié)果表明,由于反應(yīng)過程放熱,當(dāng)溫度由25℃逐漸增至55℃時(shí),吸附量略有下降。

(3)共存離子。共存離子與吸附材料的親和力也是影響改性沸石材料對(duì)目標(biāo)污染物吸附的關(guān)鍵因素之一。CAULLET等通過固定床實(shí)驗(yàn)探究了HDTMA改性沸石(SMZ)對(duì)水中的NO3–的吸附,發(fā)現(xiàn)隨初始NO3–濃度增加或流速加快,其吸附效率降低,與SMZ親和力較高的共存離子(如SO42–、HCO3–)均降低其對(duì)NO3–的吸附性能。