蒙脫石與沸石到底有何區別?結構/性能/外在/應用?

發布時間:2021-05-28  浏覽次數:

 

相信很多小夥伴對沸石強大的吸附、離子交換性能已經深有了解,並且也成爲沸石系列産品、技術的“死忠粉”。然而部分小夥伴在後台問過小國,有一個與沸石似乎一樣性能的礦物——蒙脫石,好像也頻繁出現在沸石涉足的部分領域中,其具有與沸石類似的吸附性、離子交換性。對此,很多小夥伴都産生了疑惑,這個與沸石很像的“小兄弟”蒙脫石與沸石相比,到底有何區別,在性能、效果等方面到底孰能勝出?下面,讓小編來細細道來吧!

沸石,咱們很熟悉啦!

沸石(Zeolite)是一種含水的堿金屬或堿土金屬的矽鋁酸鹽礦物,是由3種元素矽(Si),鋁(Al),氧(O)組成的四面體,其中矽氧四面體和鋁氧四面體間構成無限拓展的三維空間架狀結構。在沸石的四面體結構中,以鋁離子取代矽離子所造成的負電荷由鈉離子、鉀離子、鈣離子和鎂離子等平衡,因此沸石具有較強的離子交換性。

另外,沸石自身具有規律多孔穴結構,其孔穴與一般物質的分子大小相當,直徑約在0.3~1nm之間,其比表面積高達400~800m2/g,特殊的物理結構使沸石具有很強的選擇性吸附特性,如今沸石已被廣泛應用于水處理、土壤修複、綠色建材、石油加工、日用化工等多個領域中。

蒙脫石是個什麽東東?

蒙脱石是一种比表面积较大、分布很广的黏土矿物,又名微晶高岭石,是土壤中主要的活性组分之一(沸石中一般也含有少量的沸石)。蒙脱石具有 2∶1 型层状结构,单位晶胞是由两片顶角朝里的 Si-O 四面体中夹一片 Al-O 或 Mg-O 八面体形成的结构层,层与层间没有共用的氧或羟基,因而层间的结合力很弱。一般来说,多数为黄绿、黄白、灰、白色等,可以成致密块状,也可为松散的土状。

由于蒙脱石颗粒细小(一般<2 μm),比表面积大和特殊的结构域等,使之除具有吸附性、离子交换性外,还具有膨胀性。

另外,改性後的蒙脫石在畜類(豬,兔)養殖中有著較廣泛的應用,尤其能夠對仔、乳豬、幼兔等痢疾起到良好的預防、治理效果,並且還可以作爲飼料脫黴劑、飼料輔助添加劑的材料。但由于蒙脫石層間分布著大量的無機離子,因此表面具有親水疏油性,不利于在聚合物中分散,因此在利用該材料時,必須要對其有機化改性,不建議直接使用。

沸石VS蒙脫石,究竟誰技高一籌?

01 / 吸附性比较

【沸石】的孔径分布均匀,且大多在10nm以下,与一般物质的分子大小相当,因而具有分子筛的选择吸附性。并且,在沸石的构架中,阴离子晶格上的负电荷与平衡阳离子的正电荷中心在空间上是不重叠的,因此沸石内部具有很大的静电吸引力。正是由于这种静电力的关系,使得沸石对极性、不饱和及易极化分子具有优先的选择吸附作用。 另外,沸石还-对分子的极性大小具有选择作用,极性越大可越容易被极化的物质,就越容易被吸附。

任会学等人通过研究表明, 沸石不仅对有机阴离子污染物, 还对金属阳离子及含氧酸根阴离子都有较好的吸附效果。张曦等人通过试验结果表明,沸石对氨氮的去除率最高可达60 %以上。并且,刘海珍等人研究发现,天然沸石对污水中的极性与非极性分子亦有良好的吸附性能,对阳离子也有较好的交换性能。利用天然沸石对焦化厂含酚废水进行处理,酚的去除率相对稳定地达90%以上。采用原水—沸石吸附—出水的工艺流程,可使水中苯酚和苯胺的去除率大大提高。

【蒙脫石】的吸附作用包括表面吸附和離子交換吸附,但是其對非離子型有機汙染物的吸附作用取決于有機陽離子的大小,也取決于不同蒙脫石的陽離子交換容量,因此效果相對不穩定。

并且在水溶液中,水分子进入蒙脱石层之间的空间中,使得蒙脱石开始膨胀。虽然其带负电荷,但是对重金属离子的亲和性很低,吸附能力较差,因此需要采用一些方法才能提高其吸附能力(石太宏等,《改性天然矿物吸附废水中重金属离子的研究进展 》),并且需通过铁离子或铝离子改性才能达到去除重金属的作用。另外,蒙脱石改性后依旧为粉末状,因此在应用于水性溶液中会呈泥浆状, 难于与水分离。

02 / 饲料添加效果比较

1965年開始,日本等國開展了沸石粉用于畜禽飼料添加劑的研究工作。我國自1972年發現天然沸石以來,隨著對沸石作用的深入研究,逐漸將其應用于飼料添加劑中。而對于蒙脫石來說,日美等國則在相對更早期將其應用于畜禽飼料添加中。一般來說,兩者均爲單獨添加至飼料中使用,其應用效果比較如下。

【沸石】自上世紀60年代,日本、美國、俄羅斯等國通過大量試驗研究表明,動物養殖配合飼料中添加天然沸石後,不僅能夠促進動物生長、提高生産性能、降低飼料消耗、增加經濟效益,而且還具有防疫保健、除臭滅菌、改善環境等多種功能,因此已被全球飼料企業成熟廣泛應用。

天然沸石含有畜禽、水産生長發育所需的全部常量元素和大部分微量元素,這些元素都以離子的狀態存在,能被畜禽、魚蝦蟹所吸收、利用。此外,天然沸石還具有催化性、吸附性、離子交換性、耐酸性、熱穩定性及耐毒性等特性,因此在畜禽、水産飼料添加領域中發揮了巨大作用。

【蒙脱石】作为饲料添加剂原料之一,蒙脱石可有效防止断奶仔猪腹泻,可降低产品中重金属,黄曲霉毒素、农药有害物的残留,可以有效抑制大肠杆菌等有害菌在肠道的繁殖;延长饲料通过动物消化道的速度 ,提高饲料的转化率。

那么同样是两种优秀的天然饲料添加材料,其效果究竟谁更胜一筹?中山大学曹建劲通过用沸石和蒙脱石替代部分饲粮饲喂蛋鸡试验,结果表明, 用3%沸石粉+2%蒙脱石粉替代5%的饲料, 蛋鸡的产蛋总数和平均蛋重都高于用不添加天然矿物的饲粮饲喂的蛋鸡,但与单独用3%沸石粉替代等量日粮饲喂的蛋鸡无明显差距。

03 / 吸收土壤重金属效果比较

【沸石】可以將重金屬離子固化在自身孔道內,通過分解和固化作用降低其危害,避免了農作物吸收重金屬汙染物質並向食物鏈轉移的風險。研究表明,當帶有負離子的沸石表面遇上帶正離子的重金屬,如镉、汞、鉛、銅、铯等時,其會進行離子交換,從而牢牢地將重金屬吸附住。

【蒙脫石】能夠促進土壤中重金屬從酸溶組分向殘溶組分的轉化,降低了土壤中重金屬的萃取率,其主要是通過靜電吸引、沈澱和與水溶性有機碳的螯合來實現的。土壤與農業可持續發展國家重點實驗室的郝秀珍等人開展了利用沸石與蒙脫石對銅尾礦改良的試驗,其應用沸石與蒙脫石作爲土壤改良劑,對黑麥草種植進行盆栽試驗。在第一次采樣後,加入蒙脫石處理尾礦砂有效態銅含量沒有顯著變化,而加入沸石處理尾礦砂有效態銅含量明顯降低。並且在後續的試驗數據中,可以發現沸石對重金屬吸附能力是高于蒙脫石的。

作爲兩種看似差不多的天然環保礦物,沸石與蒙脫石均有著強大的吸附性、離子交換性,然而並不是“一母同胞”,前者爲矽鋁酸鹽礦物,後者爲黏土礦物,這從根源上就區分了兩種礦物本質上是不同的。並且通過小國在上文的詳細比較,可以發現蒙脫石在吸附性能、離子交換性等方面均遜色于沸石,並且其應用環節中還需要進行改性才能發揮其更大的功用。相比較來說,還是咱們的沸石加工環節簡便,使用效果佳、更穩定,並且應用領域更爲廣泛。如果硬要論資排輩,那沸石應當算是蒙脫石的“不算親戚的大哥”吧!

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