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蒙脱石与沸石到底有何区别?结构/性能/外在/应用?
时间:2021-05-28 15:03:47 来源: 点击:

 

相信很多小伙伴对沸石强大的吸附、离子交换性能已经深有了解,并且也成为沸石系列产品、技术的“死忠粉”。然而部分小伙伴在后台问过小国,有一个与沸石似乎一样性能的矿物——蒙脱石,好像也频繁出现在沸石涉足的部分领域中,其具有与沸石类似的吸附性、离子交换性。对此,很多小伙伴都产生了疑惑,这个与沸石很像的“小兄弟”蒙脱石与沸石相比,到底有何区别,在性能、效果等方面到底孰能胜出?下面,让小编来细细道来吧!

沸石,咱们很熟悉啦!

沸石(Zeolite)是一种含水的碱金属或碱土金属的硅铝酸盐矿物,是由3种元素硅(Si),铝(Al),氧(O)组成的四面体,其中硅氧四面体和铝氧四面体间构成无限拓展的三维空间架状结构。在沸石的四面体结构中,以铝离子取代硅离子所造成的负电荷由钠离子、钾离子、钙离子和镁离子等平衡,因此沸石具有较强的离子交换性。

另外,沸石自身具有规律多孔穴结构,其孔穴与一般物质的分子大小相当,直径约在0.3~1nm之间,其比表面积高达400~800m2/g,特殊的物理结构使沸石具有很强的选择性吸附特性,如今沸石已被广泛应用于水处理、土壤修复、绿色建材、石油加工、日用化工等多个领域中。

蒙脱石是个什么东东?

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,改性后的蒙脱石在畜类(猪,兔)养殖中有着较广泛的应用,尤其能够对仔、乳猪、幼兔等痢疾起到良好的预防、治理效果,并且还可以作为饲料脱霉剂、饲料辅助添加剂的材料。但由于蒙脱石层间分布着大量的无机离子,因此表面具有亲水疏油性,不利于在聚合物中分散,因此在利用该材料时,必须要对其有机化改性,不建议直接使用。

沸石VS蒙脱石,究竟谁技高一筹?

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。

【蒙脱石】的吸附作用包括表面吸附和离子交换吸附,但是其对非离子型有机污染物的吸附作用取决于有机阳离子的大小,也取决于不同蒙脱石的阳离子交换容量,因此效果相对不稳定。

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年开始,日本等国开展了沸石粉用于畜禽饲料添加剂的研究工作。我国自1972年发现天然沸石以来,随着对沸石作用的深入研究,逐渐将其应用于饲料添加剂中。而对于蒙脱石来说,日美等国则在相对更早期将其应用于畜禽饲料添加中。一般来说,两者均为单独添加至饲料中使用,其应用效果比较如下。

【沸石】自上世纪60年代,日本、美国、俄罗斯等国通过大量试验研究表明,动物养殖配合饲料中添加天然沸石后,不仅能够促进动物生长、提高生产性能、降低饲料消耗、增加经济效益,而且还具有防疫保健、除臭灭菌、改善环境等多种功能,因此已被全球饲料企业成熟广泛应用。

天然沸石含有畜禽、水产生长发育所需的全部常量元素和大部分微量元素,这些元素都以离子的状态存在,能被畜禽、鱼虾蟹所吸收、利用。此外,天然沸石还具有催化性、吸附性、离子交换性、耐酸性、热稳定性及耐毒性等特性,因此在畜禽、水产饲料添加领域中发挥了巨大作用。

【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】可以将重金属离子固化在自身孔道内,通过分解和固化作用降低其危害,避免了农作物吸收重金属污染物质并向食物链转移的风险。研究表明,当带有负离子的沸石表面遇上带正离子的重金属,如镉、汞、铅、铜、铯等时,其会进行离子交换,从而牢牢地将重金属吸附住。

【蒙脱石】能够促进土壤中重金属从酸溶组分向残溶组分的转化,降低了土壤中重金属的萃取率,其主要是通过静电吸引、沉淀和与水溶性有机碳的螯合来实现的。土壤与农业可持续发展国家重点实验室的郝秀珍等人开展了利用沸石与蒙脱石对铜尾矿改良的试验,其应用沸石与蒙脱石作为土壤改良剂,对黑麦草种植进行盆栽试验。在第一次采样后,加入蒙脱石处理尾矿砂有效态铜含量没有显著变化,而加入沸石处理尾矿砂有效态铜含量明显降低。并且在后续的试验数据中,可以发现沸石对重金属吸附能力是高于蒙脱石的。

作为两种看似差不多的天然环保矿物,沸石与蒙脱石均有着强大的吸附性、离子交换性,然而并不是“一母同胞”,前者为硅铝酸盐矿物,后者为黏土矿物,这从根源上就区分了两种矿物本质上是不同的。并且通过小国在上文的详细比较,可以发现蒙脱石在吸附性能、离子交换性等方面均逊色于沸石,并且其应用环节中还需要进行改性才能发挥其更大的功用。相比较来说,还是咱们的沸石加工环节简便,使用效果佳、更稳定,并且应用领域更为广泛。如果硬要论资排辈,那沸石应当算是蒙脱石的“不算亲戚的大哥”吧!