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沸石生物功能和作用機(jī)理

沸石生物功能和作用機(jī)理

沸石（Zeolite）是一種硅鋁酸鹽礦物，其主要成分是 SiO2（約含 65％），另外還含有 Al、Ca、Mg、K、Na、P、Fe、Mn、Cu、Zn、Se、Co、Mo 等多種動(dòng)物生長所需要的常量元素及微量元素， 這些元素均是以可交換的離子狀態(tài)存在，能被畜禽吸收利用。1756年瑞典礦物學(xué)家Crred在玄武巖中發(fā)現(xiàn)沸石，由于其在加熱至熔融狀態(tài)時(shí)伴有沸騰現(xiàn)象，故稱為沸石。沸石是 50 多種沸石族礦物的總稱，有天然沸石和人工合成沸石兩大類。 目前發(fā)現(xiàn)的天然沸石有 40 多種，應(yīng)用于養(yǎng)殖業(yè)的主要有斜發(fā)沸石和絲光沸石等，而加工成沸石粉的多為斜發(fā)沸石。我國從1972年在浙江省縉云縣發(fā)現(xiàn)天然沸石礦床以來，相繼在全國21個(gè)省、自治區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)150多處沸石礦床。有許多學(xué)者進(jìn)行了沸石飼喂畜禽的生產(chǎn)試驗(yàn)。

當(dāng)廢氣中含有乙醇時(shí)，由于競(jìng)爭性吸附，沸石分子篩輪對(duì)乙醇的吸附效果會(huì)降低，沸石分子篩輪要求進(jìn)風(fēng)溫度在40℃以下。例如，沸石微孔內(nèi)吸附等有機(jī)物，解吸溫度為180~220℃，達(dá)到聚合反應(yīng)的條件。容易產(chǎn)生高分子聚合物，堵塞沸石的微孔，影響其吸附效率，使沸石隨著時(shí)間的推移失去吸附能力。這種損害是不可逆轉(zhuǎn)的。沸石的吸附容量沸石輪是弱堿性,如果廢氣進(jìn)入沸石的酸性成分輪,它將與沸石反應(yīng),破壞沸石的表面結(jié)構(gòu),沸石吸附效果降低。

沸石用于養(yǎng)殖業(yè)廢水處理 Cintoli[27]利用沸石預(yù)處理養(yǎng)豬廢水，當(dāng)含氨氮1500mg/L的養(yǎng)豬廢水經(jīng)過沸石處理后，氨氮降到300～400mg/L，從而降低了廢水NH4 -N對(duì)UASB中生物 的毒性，提高了沼氣的產(chǎn)量。Sanchez和Milan等[28]采用了相反的工藝路線，他們先使用UASB和AFBR降解養(yǎng)豬廢水中的高濃度有機(jī)物，后采用天然沸石去除出水中的氨氮，效果也很明顯。Mlian等[29]用天然沸石處理養(yǎng)牛廢水，當(dāng)天然沸石粒徑1.0～3.0mm、濾速為7m3/m2?h時(shí)，出水氨氮去除效果較好。

沸石分子篩為什么會(huì)有吸附作用？原理是什么？

依賴于自身的縫隙結(jié)構(gòu)，沸石分子篩孔徑均勻，內(nèi)部間隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，比表面積大，吸附能力強(qiáng)，含有大量肉眼看不到的孔徑，1克沸石材料中的孔徑，展開后比表面積高達(dá)500-1000m2，具有特殊的用途。

不同分子間的吸附作用

也叫凡德瓦重力。雖然分子的運(yùn)動(dòng)速度受溫度和物質(zhì)的影響，但在微環(huán)境下，其運(yùn)動(dòng)速度是恒定的。由于分子間存在相互吸引的作用力，分子被沸石的孔洞抓住，將更多的分子繼續(xù)吸入，直到沸石吸附飽和為止。

物理吸附

分子篩在除去液相和氣相中的雜質(zhì)時(shí)，其孔隙結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生很大的比表面積，從而很容易達(dá)到吸附的目的，而沸石孔壁上的大量分子由于分子間的吸附作用，能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的引力，就像磁力一樣，能夠?qū)⒔橘|(zhì)中的雜質(zhì)吸入到孔徑。

化學(xué)吸附

沸石表面除了物理吸附外，還常發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這是因?yàn)榉惺砻婧猩倭炕瘜W(xué)鍵、功能氫氣和氧，這些化學(xué)鍵可含地氧化物或絡(luò)合物，與被吸附物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而與被吸附的物質(zhì)結(jié)合，聚集到沸石的內(nèi)部和表面。