关注我们获取更多精彩内容
点击蓝字
一、研究背景：天然沸石在矿山废水治理中的新路径
2026年，南昌大学谢显传课题组在期刊《Water Research》（影响因子12.4）发表研究论文，系统探讨了以稀土尾矿为原料制备导电沸石，并用于矿山废水中氨氮回收的可行性。论文题为：
Rare earth-derived conductive zeolite electrodes empower NH₄⁺ recovery from mining wastewater via FCDI and their application as ammonia release fertilizer（DOI: 10.1016/j.watres.2026.125581）。
稀土矿开采过程中产生大量尾矿与高氨氮废水，这类废水不仅会造成地下水污染与水体富营养化，同时也意味着氮资源的流失。该研究从天然沸石材料出发，提出将尾矿转化为导电沸石，并在电化学分离体系中实现氨氮的高效去除与资源化利用。
沸石作为一种典型的多孔铝硅酸盐矿物，其内部具有规则的孔道结构和可交换阳离子位点，天然具备吸附和离子交换能力。本研究正是基于这一结构特性，对沸石进行结构改造，使其不仅保持吸附性能，还具备导电特性，从而适用于电化学系统。
二、材料构建：稀土尾矿转化为导电沸石
研究以赣州离子型稀土尾矿为原料，通过碱熔与水热反应制备导电沸石材料。具体过程包括：尾矿与氢氧化钠混合后在700℃煅烧，再通过添加不同量的铝粉调控硅铝比，随后进行水热反应、洗涤和干燥，最终获得不同结构的导电沸石材料（Al₀.₁、Al₀.₃、Al₀.₅）。
结构表征结果显示，最优材料Al₀.₃呈现规则多面体晶型，为典型A型沸石结构，且Si、Al、Na等元素分布均匀。这种均匀的晶体结构为其后续吸附与电化学性能提供了基础。
进一步的XRD与FT-IR分析确认了沸石骨架的形成，XPS结果表明材料表面存在适量羟基（M–OH），这一结构特征有助于提高亲水性与活性位点利用率。同时，铝粉的引入改变了材料的电子结构，使其具备导电性能。
电化学测试结果显示，Al₀.₃导电沸石的比电容达到2.32 F/g，电导率为1137 μS/cm，显著优于其他配比材料，说明该结构在吸附与导电之间实现了良好平衡。
三、核心性能：导电沸石实现高效氨氮吸附
在流动电极电容去离子（FCDI）系统中，导电沸石作为电极材料用于氨氮去除。通过对电压、流速、pH值及初始浓度等参数进行系统优化，确定最佳运行条件为：电压1.2 V、流速19.2 mL/min、pH为4。
在该条件下，模拟废水中氨氮去除率达到97.22%，吸附容量达到195.45 mg/g。该性能显著优于传统电极材料，表明导电沸石在氨氮吸附方面具有高效率。
循环实验表明，经过6次连续吸附-解吸过程后，系统仍保持90%以上的去除率，说明该材料具有良好的再生性能与稳定性。天然沸石结构在多次循环过程中未发生明显退化，显示出较强的工程适用性。
四、作用机理：天然沸石主导离子迁移与吸附
研究揭示了氨氮在FCDI系统中的迁移与去除机制。整个过程由扩散、电迁移和电吸附三个阶段组成，其中电迁移和电吸附为主导机制。
在电场作用下，NH₄⁺向电极移动，并在导电沸石表面被捕获。沸石内部的交换位点通过离子交换与静电吸附作用固定NH₄⁺。定量分析表明，电迁移贡献61.4%，电吸附贡献20.4%，扩散贡献18.2%。
在实际矿山废水处理中，系统运行2小时后氨氮去除率达到90.49%，其中79.52%的NH₄⁺被导电沸石吸附储存，说明沸石在整个体系中起到核心吸附与富集作用。
五、资源化利用：吸附氨氮的沸石作为肥料应用
研究进一步验证了吸附氨氮后的导电沸石在农业中的应用潜力。通过玉米盆栽实验发现，当土壤中添加1%导电沸石时，植物生长效果最佳，株高提高近3倍，根长提高超过2倍。
该结果表明，沸石不仅能够回收氨氮，还能作为缓释氮肥材料使用。吸附的氨氮在土壤中逐步释放，为植物提供持续养分。
同时，检测结果显示导电沸石中重金属含量远低于国家标准（GB 38400-2019），证明其在农业应用中的安全性。
六、小结：天然沸石在体系中的核心作用
本研究从天然沸石材料出发，通过结构调控与导电改性，使其在FCDI系统中兼具吸附与电化学功能。沸石在该体系中不仅承担了氨氮吸附与富集的核心角色，还实现了从污染物载体向农业资源的转化。
通过“尾矿制备—废水处理—肥料应用”的过程，天然沸石材料在同一体系中完成了多重功能转化，体现了其在环境与资源利用中的材料价值。
攀
宝
扫码关注我们吧