Tecnología de modificación de zeolitas naturales y su aplicación en el tratamiento de aguas residuales
Entre muchas tecnologías de tratamiento de agua, el método de adsorción se ha convertido en una tecnología de tratamiento de aguas residuales ideal debido a sus ventajas de operación simple, bajo consumo de energía, buen efecto de eliminación y alta selectividad. El desarrollo de adsorbentes de bajo costo y alta eficiencia es el núcleo de los métodos de adsorción. En comparación con otros adsorbentes sintéticos de alta eficiencia, los adsorbentes naturales de bajo costo tienen mayores beneficios económicos y valor de protección ambiental.
Los abundantes poros y canales de las zeolitas naturales y la carga negativa en la superficie hacen que tengan una buena capacidad de adsorción de cationes y poca capacidad de adsorción de aniones. Esto limita en gran medida la aplicación de zeolitas naturales en la eliminación de contaminantes aniónicos en el agua. Por este motivo, se han realizado numerosos estudios sobre la modificación de zeolitas naturales con el fin de aumentar la afinidad por los aniones. La modificación de la superficie es una forma eficaz de aumentar la afinidad de las zeolitas naturales por los contaminantes aniónicos.
Diferentes métodos de modificación tendrán diferentes efectos sobre las propiedades físicas y químicas de la zeolita, como cambiar la estructura interna de los poros y el tamaño de la zeolita, así como los grupos funcionales hidrofílicos e hidrofóbicos y de superficie. El objetivo principal de la modificación física es eliminar algunas impurezas de la superficie de la zeolita y aumentar el área de superficie específica. El propósito de la modificación química es: (1) eliminar las impurezas y dragar los canales de los poros para facilitar la entrada y el proceso de transferencia de las sustancias objetivo, (2) introducir nuevos grupos funcionales para cambiar las propiedades superficiales de la zeolita, como la hidrofobicidad, proporcionando así Nuevos sitios de unión para los contaminantes objetivo.
La modificación compuesta puede lograr el propósito de la modificación sinérgica al combinar múltiples métodos de modificación. Para equilibrar mejor el costo de preparación y el efecto de eliminación, es una mejor opción mejorar la capacidad de adsorción de la zeolita natural a los contaminantes aniónicos en el agua por medio de la modificación del compuesto.
Todavía hay muchos desafíos en el tratamiento práctico de aguas residuales de zeolitas. Por ejemplo, el tamaño de poro de las zeolitas naturales suele pertenecer a la categoría de microporos, que son más pequeños que el radio de los aniones, lo que dificultará su migración y difusión dentro de la zeolita, lo que no favorece el proceso de adsorción. Además, los componentes de las aguas residuales reales son complejos y cambiantes, y las zeolitas se ven fácilmente afectadas por los iones coexistentes y los valores de pH, lo que da como resultado efectos de adsorción deficientes e incluso daños estructurales. Además, la zeolita saturada puede transformarse en una nueva fuente de contaminación si no se elimina adecuadamente.
(1) El método de modificación de la superficie afectará las propiedades físicas y químicas de la zeolita natural. La modificación de compuestos es una forma eficaz de mejorar el rendimiento de adsorción de aniones de la zeolita natural. Por ejemplo, introduciendo materiales mesoporosos para expandir el tamaño de poro de la zeolita y mejorar la eficiencia de difusión de los aniones en la estructura interna de la zeolita. Mediante la introducción de grupos funcionales con afinidad por los contaminantes objetivo, los sitios de adsorción de las zeolitas se pueden enriquecer y se puede mejorar la selectividad de adsorción.
(2) La combinación de zeolita natural con otros procesos o materiales de tratamiento de agua puede mejorar efectivamente su potencial de aplicación en el tratamiento real de aguas residuales. Los componentes de la contaminación en las aguas residuales reales son complejos y cambiantes, y el uso combinado de múltiples materiales/procesos se ha convertido en la forma principal de mejorar el efecto del tratamiento de aguas residuales reales. Los materiales o procesos combinados que contienen zeolitas naturales/modificadas se han utilizado ampliamente en el tratamiento de aguas residuales, aguas residuales domésticas, ríos y lagos, etc. Las zeolitas naturales y sus formas modificadas tienen buenas perspectivas de aplicación en el tratamiento práctico de aguas residuales.
(3) El proceso de modificación y regeneración de la zeolita puede involucrar solventes tóxicos, causando un gran daño al medio ambiente y la salud humana. Se debe buscar un esquema de preparación y regeneración seguro y libre de contaminación, o desarrollar un método de encapsulación estable como una solución práctica para la disposición final y segura de las zeolitas.