粘土及改性粘土在水處理中的應(yīng)用

1、<p>　　粘土及改性粘土在水處理中的應(yīng)用</p><p><b>　　鐘麗</b></p><p>　?。ㄈA南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院 環(huán)境科學(xué)專業(yè)02級(jí)，廣州，510006）</p><p>　　摘 要 粘土類礦物因具有獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出良好的吸附和離子交換性能，在廢水處理中有廣闊的應(yīng)用前景。本文在介紹了不同種類粘土礦物的結(jié)構(gòu)

2、和性質(zhì)的基礎(chǔ)上，對(duì)其作為吸附劑在廢水處理中的應(yīng)用研究情況進(jìn)行了綜述，并對(duì)其的改性產(chǎn)品的性能，發(fā)展進(jìn)行了討論。</p><p>　　關(guān)鍵詞 粘土 吸附劑 廢水處理</p><p>　　進(jìn)入20世紀(jì)以來，吸附不僅在化學(xué)工業(yè)中已經(jīng)發(fā)展成為一種必不可少的單元操作過程，而且在環(huán)境治理過程中已經(jīng)成為一門獨(dú)特的技術(shù)，在廢水、廢氣的治理中更有比較廣泛的應(yīng)用，而吸附劑的選擇是否得當(dāng)則決定了某一吸附操作

3、的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保水平[1]。粘土因具有獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)而具有良好的吸附和離子交換性能,且其儲(chǔ)量大、價(jià)格低,是一類很有發(fā)展前景的優(yōu)質(zhì)廉價(jià)吸附劑,本文就粘土類吸附劑在廢水處理中的研究和應(yīng)用情況進(jìn)行綜述[2。]</p><p>　　粘土是巖石經(jīng)過風(fēng)化作用形成的。粘土成分相當(dāng)復(fù)雜，組成粘土礦的主要元素是硅、氧和鋁，粘土中還常含有石灰石、石膏、氧化鐵和其他鹽類[3]。</p><p>　　幾種粘土的

4、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)</p><p><b>　　1 凹凸棒土</b></p><p>　　凹凸棒石呈土狀、致密塊狀產(chǎn)于沉積巖和風(fēng)化殼中,呈白色、灰白色、青灰色、灰綠色或弱絲絹光澤,土質(zhì)細(xì)膩,有油脂滑感,質(zhì)輕、性脆,斷口呈貝殼狀或參差狀,吸水性強(qiáng),濕時(shí)有粘性和可塑性,干燥后收縮小,不大顯裂紋,水浸泡崩散,懸浮液遇電介質(zhì)不絮凝沉淀[3]。凹凸棒土是一種富鎂硅酸鹽粘土礦物，其晶體結(jié)

5、構(gòu)為硅酸鹽的雙鏈結(jié)構(gòu)（角閃石類）和層狀結(jié)構(gòu)（云母類）的過渡類型，為2:1型粘土礦物[2]。由于晶體結(jié)構(gòu)中存在晶體孔道，內(nèi)表面積較大，因而具有很強(qiáng)的物理吸附性能，吸附脫色能力強(qiáng)。凹凸棒土吸附有機(jī)污染物后，填充于其晶體孔道和晶體層間，由于晶體的孔道容量大，因而在印染水、油脂等有機(jī)物的凈化處理方面具有較大的應(yīng)用潛力[4]。</p><p><b>　　2 膨潤土</b></p>&l

6、t;p>　　膨潤土又叫蒙脫土，是一種重要的非金屬礦產(chǎn)，主要由蒙脫石構(gòu)成，蒙脫石的晶體結(jié)構(gòu)由兩層硅氧四面體晶片中夾有一層鋁氧八面體晶片組成，屬于2:1型層狀硅酸鹽礦物。一般硅氧四面體和鋁氧八面體中間存在著如Fe3+,Al3+,Mg2+陽離子類質(zhì)同象置換，當(dāng)置換陽離子為低價(jià)時(shí)，使結(jié)構(gòu)增加等量的負(fù)電荷，由層間吸附的陽離子補(bǔ)償，所以蒙脫石晶格內(nèi)陽離子置換這一構(gòu)造特性決定了蒙脫石的一系列重要性質(zhì)，如陽離子交換性、膨脹性、吸附性等[6]。&l

7、t;/p><p>　　在粘土礦物中，以蒙脫土的礦物種屬最多，成分變化也最復(fù)雜，而且有許多過渡類型。蒙脫土的外觀有白、淺黃、淺紅、紫，直到黑綠色，是質(zhì)地致密的鱗片狀微晶集合體，有些結(jié)構(gòu)疏松而多孔，有些性脆且有滑感，平均折光率在1.5左右。不同蒙脫土的化學(xué)組成很不同，這是它具有廣泛的離子交換性能和吸附性能的基礎(chǔ)[3]。</p><p><b>　　3 海泡石</b></

8、p><p>　　海泡石是一種纖維狀含水鎂硅酸鹽礦物,由具兩層硅氧四面體單元的滑石狀條帶組成,通過氧原子與中心的鎂八面體層相連。海泡石的吸附能力大于任何粘土【2】。其結(jié)構(gòu)為兩層硅氧四面體，中間一層為鎂氧八面體。四面體的頂層是連續(xù)的，由6個(gè)硅氧四面體頂角相反，形成由2:1層狀結(jié)構(gòu)單元上下層相間排列的與鍵平行的孔道，水分子和可交換的陽離子位于其中。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，使海泡石具有大的比表面積和較強(qiáng)的離子交換能力，因而在化學(xué)催

9、化領(lǐng)域與廢水和廢氣處理等方面的應(yīng)用日益廣泛[4]。再由于其結(jié)構(gòu)單位層間孔道開闊，可以吸附較大的離子和一些有機(jī)物，所以海泡石具有很好的吸附與脫色性能[6]。</p><p><b>　　4 硅藻土</b></p><p>　　硅藻土是古代單細(xì)胞低等植物硅藻遺體堆積后, 經(jīng)過初步成巖作用而形成的一種具有多孔性的生物硅質(zhì)巖，通常呈淺黃色或淺灰色，質(zhì)軟，多孔而輕。其主要成分為

10、非晶體的SiO2,和Al2O3 ,Fe2O3 ,MgO及一定的有機(jī)質(zhì)，由硅藻的壁殼組成, 壁殼上有多級(jí)、大量、有序排列的微孔。這種獨(dú)特的微孔結(jié)構(gòu), 賦于它許多優(yōu)良的性能。。它性能穩(wěn)定, 耐酸、孔容大, 孔徑大, 比表面積大, 吸附性強(qiáng), 能吸附等于自身質(zhì)量1.5～4倍的水和1.1～1.5 倍的油分。它的電位為負(fù), 絕對(duì)值大, 吸附正電荷能力強(qiáng)。因此對(duì)污水有極好的凈化效果[7]。</p><p>　　除以上介紹的幾

11、種粘土礦物外，還有伊利石、土壤、粉煤灰等，在這不作詳細(xì)的介紹。</p><p>　　粘土在水處理中的應(yīng)用</p><p>　　1 處理無機(jī)污染物廢水</p><p>　　許多工業(yè)廢水如采礦、冶煉、電鍍等行業(yè)排放的廢水中均含有毒物Ni(Ⅱ) ,鎳鹽易引起過敏性皮炎,有報(bào)導(dǎo)認(rèn)為它具有致癌性,國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定工業(yè)廢水Ni(Ⅱ)含量不能超過1mg/L。用凹凸棒土在一定的條件下可

12、使Ni的吸附率大99.5℅。河南省科學(xué)院化學(xué)研究所的趙彩榮和合肥工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院的范文元,曾對(duì)凹凸棒石粘土吸附劑處理含鉻(Cr6 +)廢水進(jìn)行了深入研究,并得到了令人滿意的結(jié)果[8]。在不改變?cè)畃H 值的條件下,黏土材料用量為2.5g/L，F(xiàn)02 試劑用量為0.5g/L ,攪拌時(shí)間為20～40min處理后水中殘留鉻濃度為0.2mg/L,遠(yuǎn)低于GB8978- 1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn), 在工業(yè)上是實(shí)際可行的，相關(guān)應(yīng)用還

13、有很多[9]。</p><p><b>　　2 處理重金屬廢水</b></p><p>　　有實(shí)驗(yàn)表明，碳酸鈣含量約為35℅的硅藻土是處理含重金屬廢水的一種很好的吸附劑。沈?qū)W優(yōu)等研究了膨潤土、高嶺土、伊利土對(duì)重金屬離子的吸附去除效果為膨潤土最高。聶利華等將海泡石經(jīng)適當(dāng)?shù)奶幚硪院髮?duì)含Ni廢水中Ni2+的吸附率可達(dá)85℅～96℅。膨潤土、凹凸棒土和沸石等對(duì)重金屬都有較好的

14、處理效果，等等。</p><p><b>　　3 處理有色廢水</b></p><p>　　由于粘土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能，它們對(duì)染料廢水的吸附能力都很強(qiáng)。蒙脫土對(duì)酸性陽離子染料的印染廢水有較好的處理能力，脫色率可達(dá)90℅以上。膨潤土經(jīng)高溫焙燒法活化后，一定條件下，對(duì)染化廢水COD去除率為74％，脫色率為95％以上，相關(guān)應(yīng)用還有很多[4]。</p><p

15、>　　粘土礦物還可以處理苯系難降解有機(jī)廢水、處理電鍍廢水、處理農(nóng)藥廢水、處理含油廢水和處理造紙廢水等等。這些是粘土沒有經(jīng)過改性時(shí)候的應(yīng)用，有許多實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)過改性后的粘土在處理廢水效果上更好。</p><p>　　改性粘土的性能與應(yīng)用</p><p>　　目前粘土主要作為粘結(jié)劑、吸水劑、吸附劑、催化劑、絮凝劑等廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、石油、化工、和環(huán)保的各個(gè)領(lǐng)域。為了提高其附加值,使用

16、前往往要對(duì)天然粘土進(jìn)行改性。</p><p>　　曹明禮等在膨潤土的鈉化改性研究中,通過對(duì)改性劑種類與用量、礦漿濃度、攪拌時(shí)間等對(duì)改性效果的影響的研究,發(fā)現(xiàn)碳酸鈉為最合適的改性劑,其用量為4%,礦漿濃度為15%,攪拌時(shí)間15min。改性后結(jié)晶度變差,膠體性能增強(qiáng),膨脹容、膨潤值、CEC各項(xiàng)指標(biāo)都有明顯提高。王立新等用脂肪胺陽離子對(duì)蒙脫土進(jìn)行了改性研究,經(jīng)過系統(tǒng)的分析,認(rèn)為十六烷基季胺鹽是較好的改性劑。經(jīng)有機(jī)改性后

17、的粘土由親水性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油性,使之可以穩(wěn)定的分散于油相中,因而可以作為石墨、油漆的流變劑[10]。針對(duì)不同類型的粘土，希望粘土能夠具備的性能，其改性方法有許多。通過改性，粘土各方面的性能都有所改變。</p><p>　　凹土經(jīng)4 mol/L HNO3活化處理后,凹土中八面體不均勻、不連續(xù)溶解和局部四面體硅的溶蝕,導(dǎo)致凹土孔道開放和直徑擴(kuò)大,比表面積明顯增加,對(duì)Cu2+的吸附能力顯著提高[11]?！≡跍囟葹?5℃/p

18、H值為5的條件下,采用海泡石和改性海泡石分別吸附處理100mL含Cr6+35mg/L的廢水。結(jié)果表示：未改性的海泡石在各種條件下對(duì)Cr6+ 的去除率都不超過14% ,而經(jīng)過NH4·Fe(SO4)2·12H2O改性的海泡石對(duì)Cr6+具有優(yōu)良的吸附效果，完全可以作為吸附處理鍍鉻廢水中Cr6+的吸附劑,而且一次吸附處理后,廢水中Cr6+的含量低于0.2mg/L[12]。改性后的膨潤土無論是在處理有機(jī)廢水、印染廢水還是脫磷工

19、藝中，效果都比原土好。孫家壽等采用鋁交聯(lián)蒙脫石吸附脫磷，當(dāng)其質(zhì)量濃度為9.0g/L時(shí)，對(duì)磷吸附量為5.56mg/g，去除率可達(dá)100％[5]。改性海泡石在環(huán)境污染治理的應(yīng)用中，處理重金屬廢水、無機(jī)非金屬廢水、有機(jī)廢水、有色廢水和放射性元素廢水，去除率都大大提高了，有的甚至可達(dá)到100％[13]。</p><p><b>　　結(jié)語</b></p><p>　　粘土礦物應(yīng)

20、用于有機(jī)工業(yè)廢水的凈化具有吸附率高、價(jià)格低、無腐蝕性、操作簡便、且二次污染少等特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊，但也應(yīng)該朝改性的方向進(jìn)行深入的研究，以便提高效率。</p><p>　　雖然目前粘土改性大多數(shù)尚停留在實(shí)驗(yàn)室階段,實(shí)際應(yīng)用中仍會(huì)出現(xiàn)許多尚不明確的問題。但改性粘土必將以其豐富的資源,廉價(jià)高效的品質(zhì)而受到大家的青睞。因此,可以預(yù)言,粘土改性是有效利用粘土的必由之路,改性粘土必將在吸附劑、催化劑、填充劑等領(lǐng)域占據(jù)一席之地

21、。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 高利民.水處理吸附劑發(fā)展現(xiàn)狀.石化技術(shù).2004，11(2):62.</p><p>　　[2] 劉轉(zhuǎn)年,周安寧等. 粘土吸附劑在廢水處理中的應(yīng)用.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備.2003(4).</p><p>　　[3] 沈鐘,趙振國等.膠體與表

22、面化學(xué),第三版.化學(xué)工業(yè)出版社.2005(6).</p><p>　　[4] 尹奮平,何玉鳳等.粘土礦物在廢水處理中的應(yīng)用.水處理技術(shù).2005(31).</p><p>　　[5] 劉玉真,高寶玉.改性膨潤土在廢水處理中的應(yīng)用.工業(yè)水處理.2003(23),10</p><p>　　[6] 弓曉峰,張文濤.海泡石在廢水處理中的應(yīng)用研究.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備.20

23、03(4),9.</p><p>　　[7] 包亞芳.硅藻土在污水處理中的應(yīng)用.云南環(huán)境科學(xué).2003(22),1.</p><p>　　[8] 申 華,石中亮.凹凸棒石粘土吸附劑處理含鎳（Ⅱ）廢水的研究.遼寧化工.2005(34),5.</p><p>　　[9] 孫家壽,安忠軍.黏土材料處理含鉻廢水的研究.貴州環(huán)?？萍?2003(2).</p>&

24、lt;p>　　[10] 李 俊,黃 韻.粘土及改性粘土的應(yīng)用進(jìn)展.礦業(yè)研究與開發(fā).2003(23),5.</p><p>　　[11] 王紅艷,張 艷等.改性凹凸棒石粘土吸附工藝的研究.電鍍與環(huán)保.2005(25),4.</p><p>　　[12] 楊明平,彭榮華.用改性海泡石處理含鉻廢水.材料保護(hù).2003(36),7.</p><p>　　[13] 馮秀