粘土及改性粘土在水处理中的应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 粘土及改性粘土在水处理中的应用 摘要：粘土类矿物因具有独特的 层状结构而表现出良好的吸附和离子交 换性能，在废水处理中有广阔的应用前 景。本文在介绍了不同种类粘土矿物的 结构和性质的基础上，对其作为吸附剂 在废水处理中的应用研究情况进行了综 述，并对其的改性产品的性能，发展进 行了讨论。 中国论文网 /2/view-12911539.htm 关键词：粘土；吸附剂；废水处 理 进入 20 世纪以来，吸附不仅在 化学工业中已经发展成为一种必不可少 的单元操作过程，而且在环境治理过程 中已经成为一门独特的技术，在废水、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 废气的治理中更有比较广泛的应用，而 吸附剂的选择是否得当则决定了某一吸 附操作的技术经济性和环保水平1。粘 土因具有独特的层状结构而具有良好的 吸附和离子交换性能,且其储量大、价格 低,是一类很有发展前景的优质廉价吸附 剂,本文就粘土类吸附剂在废水处理中的 研究和应用情况进行综述2 。 粘土是岩石经过风化作用形成的。 粘土成分相当复杂，组成粘土矿的主要 元素是硅、氧和铝，粘土中还常含有石 灰石、石膏、氧化铁和其他盐类3。 一、几种粘土的结构和性质 1 凹凸棒土 凹凸棒石呈土状、致密块状产于 沉积岩和风化壳中,呈白色、灰白色、青 灰色、灰绿色或弱丝绢光泽,土质细腻, 有油脂滑感,质轻、性脆,断口呈贝壳状 或参差状,吸水性强,湿时有粘性和可塑 性,干燥后收缩小,不大显裂纹,水浸泡崩 散,悬浮液遇电介质不絮凝沉淀3。凹 凸棒土是一种富镁硅酸盐粘土矿物，其 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 晶体结构为硅酸盐的双链结构（角闪石 类）和层状结构（云母类）的过渡类型， 为 2:1 型粘土矿物2。由于晶体结构中 存在晶体孔道，内表面积较大，因而具 有很强的物理吸附性能，吸附脱色能力 强。凹凸棒土吸附有机污染物后，填充 于其晶体孔道和晶体层间，由于晶体的 孔道容量大，因而在印染水、油脂等有 机物的净化处理方面具有较大的应用潜 力4。 2 膨润土 膨润土又叫蒙脱土，是一种重要 的非金属矿产，主要由蒙脱石构成，蒙 脱石的晶体结构由两层硅氧四面体晶片 中夹有一层铝氧八面体晶片组成，属于 2:1 型层状硅酸盐矿物。一般硅氧四面 体和铝氧八面体中间存在着如 Fe3+,Al3+,Mg2+阳离子类质同象置换， 当置换阳离子为低价时，使结构增加等 量的负电荷，由层间吸附的阳离子补偿， 所以蒙脱石晶格内阳离子置换这一构造 特性决定了蒙脱石的一系列重要性质， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 如阳离子交换性、膨胀性、吸附性等6。 在粘土矿物中，以蒙脱土的矿物 种属最多，成分变化也最复杂，而且有 许多过渡类型。蒙脱土的外观有白、浅 黄、浅红、紫，直到黑绿色，是质地致 密的鳞片状微晶集合体，有些结构疏松 而多孔，有些性脆且有滑感，平均折光 率在 1.5 左右。不同蒙脱土的化学组成 很不同，这是它具有广泛的离子交换性 能和吸附性能的基础3。 3 海泡石 海泡石是一种纤维状含水镁硅酸 盐矿物,由具两层硅氧四面体单元的滑石 状条带组成,通过氧原子与中心的镁八面 体层相连。海泡石的吸附能力大于任何 粘土【2】 。其结构为两层硅氧四面体， 中间一层为镁氧八面体。四面体的顶层 是连续的，由 6 个硅氧四面体顶角相反， 形成由 2:1 层状结构单元上下层相间排 列的与键平行的孔道，水分子和可交换 的阳离子位于其中。由于其独特的结构， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 使海泡石具有大的比表面积和较强的离 子交换能力，因而在化学催化领域与废 水和废气处理等方面的应用日益广泛4。 再由于其结构单位层间孔道开阔，可以 吸附较大的离子和一些有机物，所以海 泡石具有很好的吸附与脱色性能6。 4 硅藻土 硅藻土是古代单细胞低等植物硅 藻遗体堆积后, 经过初步成岩作用而形 成的一种具有多孔性的生物硅质岩，通 常呈浅黄色或浅灰色，质软，多孔而轻。 其主要成分为非晶体的 SiO2,和 Al2O3 ,Fe2O3 ,MgO 及一定的有机质，由硅藻 的壁壳组成, 壁壳上有多级、大量、有 序排列的微孔。这种独特的微孔结构, 赋于它许多优良的性能。 。它性能稳定, 耐酸、孔容大, 孔径大, 比表面积大, 吸 附性强, 能吸附等于自身质量 1.54 倍 的水和 1.11.5 倍的油分。它的电位为 负, 绝对值大, 吸附正电荷能力强。因 此对污水有极好的净化效果7。 除以上介绍的几种粘土矿物外， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 还有伊利石、土壤、粉煤灰等，在这不 作详细的介绍。 二、粘土在水处理中的应用 1 处理无机污染物废水 许多工业废水如采矿、冶炼、电 镀等行业排放的废水中均含有毒物 Ni() ,镍盐易引起过敏性皮炎,有报导 认为它具有致癌性,国家标准规定工业废 水 Ni( )含量不能超过 1mg/L。用凹凸 棒土在一定的条件下可使 Ni 的吸附率 大 99.5G。河南省科学院化学研究所 的赵彩荣和合肥工业大学化工学院的范 文元,曾对凹凸棒石粘土吸附剂处理含铬 (Cr6 +)废水进行了深入研究,并得到了令 人满意的结果8。在不改变原水 pH 值 的条件下,黏土材料用量为 2.5g/L，F02 试剂用量为 0.5g/L ,搅拌时间为 2040min 处理后水中残留铬浓度为 0.2mg/L,远低于 GB8978- 1996污水综 合排放标准的一级排放标准, 在工业 上是实际可行的，相关应用还有很多9。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 2 处理重金属废水 有实验表明，碳酸钙含量约为 35G 的硅藻土是处理含重金属废水的 一种很好的吸附剂。沈学优等研究了膨 润土、高岭土、伊利土对重金属离子的 吸附去除效果为膨润土最高。聂利华等 将海泡石经适当的处理以后对含 Ni 废 水中 Ni2+的吸附率可达 85G96 G。膨润土、凹凸棒土和沸石等对重金 属都有较好的处理效果，等等。 3 处理有色废水 由于粘土的结构特点和性能，它 们对染料废水的吸附能力都很强。蒙脱 土对酸性阳离子染料的印染废水有较好 的处理能力，脱色率可达 90G 以上。 膨润土经高温焙烧法活化后，一定条件 下，对染化废水 COD 去除率为 74， 脱色率为 95以上，相关应用还有很多 4。 粘土矿物还可以处理苯系难降解 有机废水、处理电镀废水、处理农药废 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 水、处理含油废水和处理造纸废水等等。 这些是粘土没有经过改性时候的应用， 有许多实验证明，经过改性后的粘土在 处理废水效果上更好。 三、改性粘土的性能与应用 目前粘土主要作为粘结剂、吸水 剂、吸附剂、催化剂、絮凝剂等广泛应 用于冶金、机械、石油、化工、和环保 的各个领域。为了提高其附加值,使用前 往往要对天然粘土进行改性。 曹明礼等在膨润土的钠化改性研 究中,通过对改性剂种类与用量、矿浆浓 度、搅拌时间等对改性效果的影响的研 究,发现碳酸钠为最合适的改性剂,其用 量为 4%,矿浆浓度为 15%,搅拌时间 15min。改性后结晶度变差,胶体性能增 强,膨胀容、膨润值、CEC 各项指标都 有明显提高。王立新等用脂肪胺阳离子 对蒙脱土进行了改性研究,经过系统的分 析,认为十六烷基季胺盐是较好的改性剂。 经有机改性后的粘土由亲水性转变为亲 油性,使之可以稳定的分散于油相中,因 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 而可以作为石墨、油漆的流变剂10。 针对不同类型的粘土，希望粘土能够具 备的性能，其改性方法有许多。通过改 性，粘土各方面的性能都有所改变。 凹土经 4 mol/L HNO3 活化处理 后,凹土中八面体不均匀、不连续溶解和 局部四面体硅的溶蚀,导致凹土孔道开放 和直径扩大,比表面积明显增加,对 Cu2+ 的吸附能力显著提高11 。在温度为 25/pH 值为 5 的条件下,采用海泡石和 改性海泡石分别吸附处理 100mL 含 Cr6+35mg/L 的废水。结果表示：未改 性的海泡石在各种条件下对 Cr6+ 的去 除率都不超过 14% ,而经过 NH4 Fe(SO4)2 12H2O 改性的海泡石对 Cr6+具有优良的吸附效果，完全可以作 为吸附处理镀铬废水中 Cr6+的吸附剂, 而且一次吸附处理后,废水中 Cr6+的含 量低于 0.2mg/L12。改性后的膨润土 无论是在处理有机废水、印染废水还是 脱磷工艺中，效果都比原土好。孙家寿 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 等采用铝交联蒙脱石吸附脱磷，当其质 量浓度为 9.0g/L 时，对磷吸附量为 5.56mg/g，去除率可达 1005。改性 海泡石在环境污染治理的应用中，处理 重金属废水、无机非金属废水、有机废 水、有色废水和放射性元素废水，去除 率都大大提高了，有的甚至可达到 10013。 四、结束语 粘土矿物应用于有机工业废水的 净化具有吸附率高、价格低、无腐蚀性、 操作简便、且二次污染少等