非金属矿物材料在印染废水处理领域有广阔的应用前景

非金属矿物材料在印染废水处理领域有广阔

的应用前景

一些非金属矿物由于其储量丰富，价珞低廉，具有独特的晶体结

构和物理性质及化学性质，因而被广泛应用于橡胶、塑料等高分子复合

材料以及催化、吸附等材料。由于非金属矿物本身的应用性能不是很理

想，所以还要对其进行表面改性，以提高其应用性能。表面改性的方法

重要是表面化学处理改性、热处理和高温煨烧改性、插层改性等。

近年来，对非佥属矿物材料的改性进行了较多的开发讨论，但目

前大多数的讨论成果还基本上停留在试验室阶段，并没有用于实际的工

业生产。下面拟对膨润土、海泡石、硅藻土、累托石和蛭石等非金属矿

物材料的改性及其应用于染料废水整治的情形进行总结，以促进非金属

矿物环境材料的开发应用讨论。

1.膨润土

膨润土是一种以蒙脱石为重要成分的层状硅铝酸盐，其化学式为

A12034Si023H20o蒙脱石具有较大的比表面积，其层间存在大量可交换

的无机阳离子，蒙脱石的结构及该矿物的含量决议着膨润土的特征性质

良好的吸附和离子交换性能。

1.1膨润土的改性

膨润土经过改性，通过离子交换，使体积较大的有机离子和聚合

羟基金属阳离子进入层间形成大孔，从而提高了有机膨润土和柱撑粘土

对非离子型或离子型有机污染物的吸附处理本领。因此在讨论和应用中

常常对膨润土进行改性，改性方法重要有：离子交换改性1一2、柱撑改

性3—6、酸、热活化法改性6—8、有机改性9—12等。

1.2改性膨润土在印染废水处理中的应用

采纳三氯化铝进行对膨润土进行改性，该改性膨润土对酸性红具

有良好的吸附去除率，试验结果表明，当吸附剂的用量为20g/L时，对

浓度为460rng/L酸性红溶液的去除率可达98.6%,吸附量为22.68mg/go

以阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠为改性剂制备的阴离子改性

膨润土，对亚甲基蓝溶液具有较好的吸附性能。FI-IR.XRD分圻表明:

插层剂已进入膨润土层间，改性膨润土层间距由1.04nni加添到3.52nm,

因此可显著提高该改性膨润土的吸附脱色本领。

采纳无机大分子羟基铁离子对天然膨润土进行柱撑改性，可使由

羟基铁离子交换制得的柱撑膨润土具有很好的吸附本领，并优于单纯钠

有机化膨润土。利用Fe3+、A13+与碱液反应制备出OH—Fe离子、

Keggin离子，并由此制备出不同Fe/(Al+Fe)比值的Al—Fe柱撑膨润

土，其对活性艳红X—3B的去除率可达到95.6%以上。

Fe-Al柱撑改性膨润土对染料酸性大红的吸附去除性能有明显提

高4—5,试验表明：当其用量为0.1g时，染料酸性大红的吸附去除率

达到92.6%o以Sol—Gel法制备Ti02溶胶和掺杂钻的Ti02溶胶为柱化

剂，制备出Ti02柱撑膨润土和掺杂铉的Ti02柱撑膨润土，其层间距明

显增大，达1.9nm以上，经50(TC煨烧后，膨润土层间距稳定在L8nm

以上。

采纳酸化和铁柱撑两种改性的膨润土6,其对酸性靛蓝的最大吸附

量分别为202.8mg/g和39.9mg/go

采纳酸活化、热活化、TiC14活化、羟基铝和A1C13活化等多种方

法对钙基膨润土进行改性处理，并对碱性紫染料溶液进行吸附比较试验

7,发觉用TiC14和A1C13活化的膨润土对碱性紫染料脱色率分别达到

89%和98%以上，比原土脱色率显著提高。

热改性膨润土对甲基橙也具有很好的吸附性能8。试验表明，在

川二7及常温条件下，当经30CTC燃烧2h的热改性膨润土的用量为12g/L

时，对浓度为248mg/L的甲基橙的吸附量和去除率分别为22.12mg/g.

98.58%；对浓度为41.0mg/L的甲基橙的去除率达97.4%。

采纳十六烷基三甲基澳化铁（CTMAB）和阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）

改性钠基膨润土，并用CPAM二次改性CTMA3插层膨润土9,试验表明，

二次改性膨润土的脱色效果最佳。用50mg二次改性膨润土处理200mL

浓度为30mg/L的活性艳红模拟印染废水时脱色率就可达90%以上。

采纳阴、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溪化铁（CTMAB）和十

二烷基硫酸钠（SDS）复配改性制备的一系列阴一阳离子有机膨润土10,

它们对甲基橙和酸性大红3R均具有较显著的吸附效果，并且其吸附速

率和吸附量均较大。吸附速率为：酸性大红3R＞甲基橙。吸附量为：酸

性大红3R甲基橙。阴一阳离子有机膨润土对甲基橙和酸性大红3R两种

染料的的脱色率明显高于单阳离子有机膨混土和钠基膨润土，均可达99%

以上。

采纳十八烷基三甲基氯化镀为改性剂制得的有机膨润土11,对活

性艳红X—3B具有很好的吸附效果。试验表明：在200mL、25mg/L的活

性艳红X-3B溶液中加入0.5g十八烷基三甲基氯化核膨润土、溶液pH

值为6时，反应40min,活性艳红X—3B的去除率可达93.2%。

以澳化十六烷基三甲筱（CTMAB）作先有机改性剂，在CTMAB质量

分数为2%,溶液pH值约为6,温度8（TC,反应时间90min的条件下制

备的有机膨润土12,其对活性艳红X—3B的去除率可达99机

以镁铝双金属离子低聚物为交联剂制备的复合交联膨润土，这种

镁铝交联膨润土对阳离子染料结晶紫废水的脱色率较好13,可以达到

99%以上。

以Fe2+、Fe3+为改性剂对钙基膨润土进行改性的膨润土，其对亚

甲基蓝染色废水也具有良好的吸附去除效果14。在溶液pH4.0、振荡时

间30min,改性膨润土投加量0.025g/L时，Fe2+、Fo3+改性膨润土对

20mg/L亚甲基蓝的去除率分别达到85.7%和95.2%o

上述应用各种方法改性膨润土及其应用于印染废水脱色的试脸表

明，不同颜色染料的废水具有不同的吸附脱色效应，但改性膨润土对印

染废水的脱色率均较高，一般可达90〜99幅因此，改性膨润土可作为

整治印染废水污染的紧要吸附剂。

海泡石

海泡石是一种纤维形态的多孔镁质硅酸盐，化学成份随着产地的

不同而变化很大15,其典型的化学式为：Mg8Si12030(0H)4(0H2)

481120c海泡石所具有2：1型层状结构类型的小单元及层间孔道大小，

不一的差异性等非凡结构使其具有很好的吸附性能、流变性能、催化性

能、耐热性能16以及价格低廉等优点，因比，海泡石作为环境矿物材

料的应用前景非常广阔。

2.1海泡石的改性

由于海泡石结构中的镁是一种弱碱金属，与弱酸会生成沉淀而沉

积于海泡石的微孔中，故处理酸均为强酸。海泡石酸改性的方法是：用

海泡石和不同浓度的酸，以肯定的固液比混合，在肯定的温度下，搅拌

肯定的时间，然后抽滤，固体在105。(2下烘干17。

很多讨论结果17—21表明，用酸改性海泡石来处理印染废水可取

得良好的效果。

2.2改性海泡石在印染废水处理中的应用

酸改性海泡石对弱酸型艳兰B有较好的吸附性能，其影响因素重

要有盐酸浓度和处理时间两个因素17,选用1.2mol/L的盐酸处理海泡

石6〜8h,对染料的脱色率就可达到93%以上。

采纳酸改性海泡石对染料亚甲基蓝、结晶紫和甲基绿的吸附试验

18—19结果表明：海泡石对染料的吸附属物理吸附类型。温度的变化对

吸附的影响较小，而染料溶液浓度的更改则会对吸附产生很大的影响。

当染料投加量低于海泡石的CEC时，染料几乎全部被吸附；而当投加量

高于CEC时，染料吸附量渐渐加添至其饱和吸附量。对亚甲基蓝和结晶

紫的最大吸附量分别达到海泡石CEC的4.1倍和5.3倍，对甲基绿的最

大吸附量约为海泡石CEC的1.4倍。

采纳一般海泡石、HC1改性海泡石对亚甲基蓝的吸附性能进行对比

试验20,结果表明，室温下酸改性海泡石的吸附速率要快于一般海泡石,

各类型海泡石的吸附行为符合Langmuir方程。

用酸改性海泡石来处理印染废水21,可获得较好的处理效果：C0D

去除率能达到80%以上，SS去除率与脱色率能达到90%以上。除pH外，

出水水质能达到GB4287—92中的I级标准c

3硅藻土

硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，重要是由硅藻遗体（硅藻

壳）构成。硅藻土结构疏松，呈土状，质软而轻，具有多孔性、低密度、

大的比表面积，并且还有相对不可压缩性和化学稳定性等非凡性质，所

以常被用作吸附剂。

3.1硅藻土的改性

硅藻土的改性方法一般有酸改性和高温改性两种方法。采纳酸浸

和焙烧法对硅藻土进行提纯处理22—25,采纳焙烧法改性的硅藻土，其

比表面积随焙烧温度的提高而加添，450C时达最大值，此后随焙烧温

度的上升而下降；用72%浓度的硫酸处理后的硅藻土中Si02含量显著提

高，Fe2O3含量下降，比表面积增大。

3.2改性硅藻土在印染废水处理中的应用

硅藻土的吸附性质与其结构、孔分布、表面电位、IEP值及pH值

有关22—25,当pH=13时，其吸附量均最大，吸附等温方程式均符合

Freundlich方程：=KCl/n。改性后的硅藻土对罗丹明B溶液和次甲基兰

具有较好的吸附性能，其吸附符合Freundlish等温吸附方程，用于处

理印染废水，效果良好。

4累托石

累托石是二八面体云母和二八面体蒙脱石构成的1：1型规定间层

矿物，具有高吸附性和阳离子交换本领。

4.1累托石的改性

将肯定量的钙基累托石缓慢加人去离子水中，置于恒温水槽振荡

器中，在室温下振荡2h,使其均匀分散，制备成浓度为5%的累托石泥

浆，向其中加入不同百分浓度的表面活性剂，连续振荡3h后取出，利

用超声波使其强化反应5min。抽滤后得到有机交联累托石，将改性累托

石放入烘箱，在85(下烘干备用26—27。累托石改性常用的阳离子表

面活性剂有十六烷基三甲基澳化核、滨化十六烷基三甲铁等。

4.2改性累托石在印染废水处理中的应用

CTMAB改性累托石和铝交联改性累托石对酸性蓝废水具有较好的吸

附作用26,铝交联累托石对酸性蓝的最大吸附量可达21mg/g以上，

CTMAB改性交联累托石的最大吸附量可达18mg/g以上。其吸附规律可较

好的符合Freundlish吸附等温式。与CTMAB改性累托石相比，铝交联

累托石具有吸附速度快、容量大、可以再生的优点。

采纳HDTMA(十六烷基三甲基澳化铁)对累托石原土进行有机覆盖

改性27,与累托石原土相比，HDTMA改性累托石对水中酸性橙H的吸附

效率显著提高。在最适吸附条件下，HDTMA改性累托石对水中酸性橙H

的吸附经过60min可达平衡。

5蛭石

虫至石是一种层状结构的含水、铁、镁、铝的硅酸盐次生变质矿物,

晶体化学式为(Mg,Ca,Na)m(H20)n(Mg,Fe,Al)3(Si,Al)

4010(Oil)2O典型的蛭石是三八面体层状构造硅酸盐，松散多孔，密

度低，层间充填可交换性的阳离子和水分子，这种结构特点使蛭石具有

很强的离子交换本领。蛭石还具有较高的层电荷数，故具有较高的阳离

子交换容量和阳离子吸附本领28o

5.1蛭石的改性

蛭石的有机改性方法较简单：称取肯定量的捱石，加入相当于蛭

石阳离子交换容量(CEC)不同倍数物质量的表面活性剂，在60〜9(TC

水浴中恒温搅拌2〜4h,将浆液用去离子水漂洗，在90〜105℃下烘干

即可29。妙石改性常用的阳离子表面