在水處理中,吸附法是一種重要的物理化學方法。研制價格低廉、選擇性好、易再生的水處理吸附劑是環保產業發展的急切需要。近年來,對改性膨潤土水處理吸附劑的研究已成為 廢水 處理研究領域的熱門課題之一。我國天然膨潤土資源豐富,探明儲量僅次于美國,居世界第二位,現在年開采量約200萬ｔ。開發膨潤土和改性膨潤土水處理劑具有廣泛的應用前景。 　　    
 1　膨潤土及改性(xing)膨潤土 　　

1.1　膨潤土的結構和分類 　　
膨(peng)(peng)(peng)潤(run)土(tu)是一(yi)種(zhong)以(yi)蒙(meng)脫(tuo)石為(wei)主要礦(kuang)(kuang)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)粘土(tu)巖(yan),而蒙(meng)脫(tuo)石是含(han)水的(de)(de)(de)層狀(zhuang)鋁硅(gui)酸鹽礦(kuang)(kuang)物(wu)(wu),由兩(liang)個硅(gui)氧(yang)(yang)四面體層中(zhong)間(jian)夾一(yi)個鋁(鎂(mei)(mei))氧(yang)(yang)(氫氧(yang)(yang))八(ba)面體層組(zu)(zu)成,屬于2:1型的(de)(de)(de)三層粘土(tu)礦(kuang)(kuang)物(wu)(wu),其組(zu)(zu)成為(wei)(Ｎａ,Ｃａ)0 33(Ａｌ,Ｍｇ)2Ｓｉ4Ｏ10(ＯＨ)2•ｎＨ2Ｏ,在(zai)粘土(tu)礦(kuang)(kuang)物(wu)(wu)形(xing)成過(guo)程中(zhong),常(chang)會發生(sheng)同晶替代作用(yong),晶體結構層間(jian)存(cun)在(zai)過(guo)剩(sheng)負(fu)電荷,能以(yi)靜(jing)電吸(xi)附(fu)陽離子(zi)(zi)保持電中(zhong)性。此(ci)外(wai),膨(peng)(peng)(peng)潤(run)土(tu)具有很(hen)大的(de)(de)(de)表(biao)面積(ji),巨(ju)大的(de)(de)(de)表(biao)面積(ji)伴隨著巨(ju)大的(de)(de)(de)表(biao)面能,使其具有巨(ju)大的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)能力。依據蒙(meng)脫(tuo)石層間(jian)陽離子(zi)(zi)的(de)(de)(de)比例關系可將膨(peng)(peng)(peng)潤(run)土(tu)分為(wei)鈉基、鈣(gai)基、鎂(mei)(mei)基和鋁基膨(peng)(peng)(peng)潤(run)土(tu)。其中(zhong)鈣(gai)基膨(peng)(peng)(peng)潤(run)土(tu)儲量最大,約占總儲量的(de)(de)(de)70%～80%。 　　

1.2　膨潤土的改性 　　
天(tian)然膨(peng)(peng)(peng)潤(run)(run)土(tu)中由于表面硅氧結構具有(you)(you)(you)極強的親水(shui)性(xing)和層間大量可(ke)交(jiao)(jiao)換(huan)性(xing)陽(yang)離(li)子的水(shui)解(jie),使其(qi)表面通常存在(zai)一層薄的水(shui)膜,而不能有(you)(you)(you)效地吸(xi)附(fu)疏水(shui)性(xing)有(you)(you)(you)機(ji)污染物,限制了(le)在(zai)水(shui)處理領域的應(ying)用(yong)(yong)。因此,對(dui)(dui)天(tian)然膨(peng)(peng)(peng)潤(run)(run)土(tu)的改(gai)性(xing)受到了(le)廣泛的重視(shi)。通過酸、氧化劑、無機(ji)鹽(yan)等(deng)無機(ji)物對(dui)(dui)膨(peng)(peng)(peng)潤(run)(run)土(tu)進行改(gai)性(xing),可(ke)明顯改(gai)善其(qi)對(dui)(dui)有(you)(you)(you)機(ji)污染物的吸(xi)附(fu)性(xing)和離(li)子交(jiao)(jiao)換(huan)性(xing)能。目前(qian),在(zai)水(shui)處理領域應(ying)用(yong)(yong)較多的改(gai)性(xing)膨(peng)(peng)(peng)潤(run)(run)土(tu)包括:活(huo)化膨(peng)(peng)(peng)潤(run)(run)土(tu)、有(you)(you)(you)機(ji)膨(peng)(peng)(peng)潤(run)(run)土(tu)、交(jiao)(jiao)聯膨(peng)(peng)(peng)潤(run)(run)土(tu)以及有(you)(you)(you)機(ji)交(jiao)(jiao)聯膨(peng)(peng)(peng)潤(run)(run)土(tu)。 　　    1.3　改(gai)性(xing)膨(peng)(peng)(peng)潤(run)(run)土(tu)的吸(xi)附(fu)機(ji)理 　　

1.3.1　交換吸附 　　　
吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)質離(li)子(zi)由于(yu)靜(jing)電引力作用(yong)聚(ju)集(ji)到膨(peng)潤土(tu)表面上,同(tong)時(shi)膨(peng)潤土(tu)釋放等(deng)當(dang)量(liang)層(ceng)間可交(jiao)換(huan)性陽(yang)(yang)離(li)子(zi),完成吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)過(guo)程,吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)結合力為(wei)(wei)離(li)子(zi)鍵。對(dui)有機離(li)子(zi)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)質,大(da)(da)(da)(da)分子(zi)比小分子(zi)更(geng)易被吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu),因為(wei)(wei)有機大(da)(da)(da)(da)離(li)子(zi)與蒙脫石(shi)作用(yong)時(shi)不僅陽(yang)(yang)離(li)子(zi)交(jiao)換(huan)起作用(yong),范德華(hua)力也起相當(dang)大(da)(da)(da)(da)作用(yong),離(li)子(zi)越(yue)大(da)(da)(da)(da),范德華(hua)力越(yue)大(da)(da)(da)(da),被吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)也越(yue)多。 　　

1.3.2　物理吸附 　　　
由于(yu) 廢(fei)(fei)水 中的吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)質與(yu)膨潤(run)土吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)劑間的分子引力作用(yong)(yong), 廢(fei)(fei)水 中待處(chu)(chu)理(li)污染物被吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)。物理(li)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)在(zai)低溫下就能(neng)進(jin)行,但由于(yu)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)質與(yu)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)劑作用(yong)(yong)力主要是范(fan)德(de)華力,所以吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)選擇性不強(qiang)。一般說來,實際的 廢(fei)(fei)水 吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)處(chu)(chu)理(li)中往往是兩種(zhong)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)機理(li)綜合作用(yong)(yong),只有在(zai)特定(ding) 廢(fei)(fei)水 處(chu)(chu)理(li)中可能(neng)某種(zhong)是主要的。

2　改性膨潤土在水處理中的應用
　　
2.1　處理有機廢水
　　
改性膨潤土吸附劑可用來處理各類有機廢水,可吸附非極性有機物、極性有機物以及各類有毒和難生物降解有機物。吳平宵等用有機交聯膨潤土處理苯酚廢水,發現ｐＨ值為10時,室溫下以120ｒ/ｍｉｎ的速度振蕩30ｍｉｎ后,水中苯酚的去除率可高達95%以上,比相應的有機膨潤土和交聯膨潤土的吸附去除率有明顯提高。吳平宵等還研究了有機交聯膨潤土的循環再吸附,其研究表明吸附了苯酚的有機交聯膨潤土能通過500℃灼燒再生。孫家壽等則用有機交聯膨潤土處理造紙廢液。當ｐＨ值為4.5,用量為24ｇ/Ｌ時,常溫處理60ｍｉｎ后,對ＣＯＤ的吸附效率達61.5%,吸附容量為549.3ｍｇＣＯＤ/ｇ。朱利中等用季銨鹽類表面活性劑改性膨潤土處理含苯系物、酚類、硝基苯類、苯胺類、多環芳烴等非離子性有機物的模擬廢水,認為:(1)有機膨潤土層間距和對有機物的吸附量隨改性時所用表面活性劑碳鏈的增長而增大。(2)改性時表面活性劑加入量低于陽離子交換容量(ＣＥＣ)時,有機膨潤土的層間距和對有機污染物的吸附量隨加入量的增加而增加;當加入量超過ＣＥＣ時,層間距、吸附量一般將不再增加。(3)吸附作用主要取決于有機陽離子大小和膨潤土的ＣＥＣ。
　　
國外Ｓｍｉｔｈ等研究了長、短兩類季銨鹽改性的膨潤土對水中有機物的吸附分配性質,前者為線性的,后者是非線性的;Ｓｍｉｔｈ等還研究了單陽離子、雙陽離子改性的膨潤土吸附有機污染物的性能。另外,美國ＥＴＶｅｒｔｕｒｅ公司利用胺類聚合物,使膨潤土離子表面從親水性改良成親油性,生成易溶解烴類的粘土礦物,再結合活性炭,對Ｔｅｎｓｌｅｅｐ油層的產出水進行處理,能迅速而有效地脫除水中的烴類化合物。
　　
2.2　去除重金屬離子
　　
重金屬離子廢水主要來源于金屬礦山、冶煉、電解、電鍍等工業。重金屬離子可在水生生物中富集,通過食物鏈危害人體健康。吸附法是處理含重金屬離子廢水的一種很有前途的方法。它不僅可以降低水中重金屬離子濃度,還有利于回收其中貴重的重金屬。膨潤土具有較大的比表面積及離子交換容量,吸附性能好,對廢水中重金屬離子的吸附有著特殊功效。有關研究表明:膨潤土對重金屬離子有一定的吸附能力,通過膨潤土的改性可顯著提高其對重金屬離子的去除能力。金輝等對鈉基膨潤土吸附廢水中Ｈｇ2+的可能性和吸附效果進行了探討。結果表明:利用鈉基膨潤土作為吸附劑,用吸附混凝法處理含汞廢水有較高的應用價值。膨潤土吸附絮凝法對Ｈｇ2+有著較好的吸附效果。溶液中投加0.5ｇ膨潤土時,吸附容量為0.48ⅹ10-3,且聚氯化鋁膨潤土在吸附Ｈｇ2+時有明顯的協同作用。競爭吸附表明膨潤土對金屬的去除效果依次為Ｐｂ、Ｈｇ、Ｃｄ。孫勝龍等利用改性膨潤土對Ｃｒ6+進行吸附處理,ｐＨ值為6時,去除率大于95%。當高濃度時改性膨潤土優于活性碳。吸附機理分為表面絡合吸附和層間離子交換吸附,且后者占主導地位。孫家壽等則用鋁鋯交聯膨潤土對Ｃｒ6+進行吸附處理。當吸附時間為30ｍｉｎ,ｐＨ值為2.5～3.5,吸附劑用量為12ｇ/ＬＨ2Ｏ時,吸附效率接近100%。
　　
2.3　處理有機污泥
　　
由于(yu)污(wu)(wu)泥(ni)對有(you)(you)(you)機(ji)污(wu)(wu)染物(wu)(wu)的(de)(de)(de)吸附能力(li)強(qiang),采用(yong)生物(wu)(wu)降解或傳統的(de)(de)(de)方(fang)法難(nan)以達到(dao)治理效(xiao)果。若加入(ru)對有(you)(you)(you)機(ji)污(wu)(wu)染物(wu)(wu)吸附能力(li)更強(qiang)的(de)(de)(de)有(you)(you)(you)機(ji)粘(zhan)土礦物(wu)(wu),使污(wu)(wu)染物(wu)(wu)重(zhong)新(xin)分(fen)配(pei),則有(you)(you)(you)可(ke)能去除(chu)污(wu)(wu)泥(ni)中(zhong)有(you)(you)(you)機(ji)污(wu)(wu)染物(wu)(wu)。有(you)(you)(you)關學者基于(yu)這一(yi)思路,用(yong)一(yi)價陰離(li)子表面活性(xing)劑改性(xing)Ｆｅ2Ｏ3,將其用(yong)于(yu)含菲(fei)的(de)(de)(de)污(wu)(wu)泥(ni),菲(fei)從污(wu)(wu)泥(ni)中(zhong)轉移到(dao)Ｆｅ2Ｏ3周圍的(de)(de)(de)有(you)(you)(you)機(ji)相中(zhong),再(zai)用(yong)磁鐵(tie)將其分(fen)離(li),污(wu)(wu)泥(ni)中(zhong)菲(fei)的(de)(de)(de)去除(chu)率(lv)可(ke)達98%～99%。另外,Ｉｒｆａｎ等在處理含油(you)污(wu)(wu)泥(ni)時,先通(tong)過(guo)精制、分(fen)離(li)的(de)(de)(de)方(fang)法提煉出油(you)類(lei),再(zai)利(li)(li)用(yong)2.5%膨潤土和0.75%草酸液對油(you)類(lei)進行脫色,使其成為可(ke)利(li)(li)用(yong)的(de)(de)(de)油(you)品(pin)。

2.4　脫色
　　
印染廢水是一種較難處理的工業廢水,近年來改性膨潤土對印染廢水的脫色處理取得了一定進展,吸附機理主要是物理吸附。陳天虎等報道,經鈉化和無機聚合物改性膨潤土吸附劑在投加量為0.1%時,處理紅色印染廢水脫色率達88%以上,處理藍色廢水脫色率達98%。冀靜平等用鈉化和羥基鐵改性的膨潤土吸附劑在投劑量為5～6ｇ/Ｌ時,處理酸性大紅ＣＯＤ去除率達45%,活性鮮紅ＣＯＤ去除率為71%,酸性黑ＣＯＤ去除率達60%。杭瑚等的研究表明,使用0.01%膨潤土加0 005%的聚合氯化鋁,可使以陽離子為主的印染廢水脫色率達94%～100%。
　　
2.5　除磷
　　
水體中磷含量過高會引起富營養化,嚴重時藻類瘋長、水體發臭、魚類死亡,嚴重影響水體環境并給人類帶來直接經濟損失。對含磷廢水的凈化多采用化學法或生物法。前者雖然去除效率高,操作穩定,但產生污泥多,運行費用高;后者操作比較復雜,去除效率低。近年來對改性膨潤土吸附劑的研究為廢水脫磷提供了一條新途徑。孫家壽等人采用鋁交聯蒙脫石吸附脫磷,當吸附劑用量為9ｇ/ＬＨ2Ｏ時,對磷吸附劑量為5 56ｍｇ/ｇ,去除率可達100%。
　　
2.6　地下水修復
　　
歐美國家20世紀70年代以來,在地下水污染治理技術上取得了很大的進展。采用季銨鹽類表面活性劑改性的膨潤土和土壤比天然粘土礦物和土壤去除有機污染物的能力高出幾十至幾百倍,能有效遏制有機污染物在環境中的遷移,是一種簡單、有效、經濟、實用的環境修復工具。目前,國外有的學者利用膨潤土等粘土礦物易于形成有機粘土的性質,模擬含有機污染物的土壤和蓄水層的環境,在其中加入季銨鹽陽離子表面活性劑,使其形成有機污染物的吸附區,可以有效地截住流動的有機污染物,將有機污染物固定在吸附區,從而控制污染物在地下水中的遷移。再利用自然界中存在的微生物或化學方法降解或除去富集在吸附區的有機污染物,徹底消除地下水的有機污染。
　　
3　結語
　　
膨(peng)(peng)潤(run)土(tu)在國內(nei)外(wai)已經研(yan)(yan)究多年(nian),取得了一(yi)定的(de)(de)(de)(de)成果,但在水處(chu)理(li)(li)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)究才開始不久,而且這些研(yan)(yan)究僅僅局限于實(shi)驗室(shi)階段。目前。尚(shang)未(wei)見到改(gai)性(xing)膨(peng)(peng)潤(run)土(tu)在水處(chu)理(li)(li)中(zhong)實(shi)際應(ying)用(yong)的(de)(de)(de)(de)公開報道。將來,提高改(gai)性(xing)膨(peng)(peng)潤(run)土(tu)對特(te)定污染物(wu)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)的(de)(de)(de)(de)選(xuan)擇性(xing),找到合適的(de)(de)(de)(de)再生(sheng)方法(fa)(fa)是下一(yi)步研(yan)(yan)究要(yao)解決的(de)(de)(de)(de)問(wen)題。另(ling)外(wai),要(yao)開發完善改(gai)性(xing)膨(peng)(peng)潤(run)土(tu)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)法(fa)(fa)水處(chu)理(li)(li)工藝,解決在實(shi)際應(ying)用(yong)中(zhong)改(gai)性(xing)膨(peng)(peng)潤(run)土(tu)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)性(xing)能可能受到其它污染物(wu)干擾的(de)(de)(de)(de)問(wen)題。盡(jin)管如此(ci),通過前人的(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)究,我們(men)仍(reng)然可以看(kan)出,改(gai)性(xing)膨(peng)(peng)潤(run)土(tu)作為水處(chu)理(li)(li)材(cai)料具有以下幾(ji)點:(1)儲量(liang)豐(feng)富,價(jia)格低廉;(2)制備方法(fa)(fa)簡單;(3)具有較高的(de)(de)(de)(de)化學(xue)和生(sheng)物(wu)穩(wen)定性(xing);(4)容(rong)易再生(sheng)。因此(ci),它作為取代傳統(tong)水處(chu)理(li)(li)材(cai)料的(de)(de)(de)(de)一(yi)個(ge)理(li)(li)想選(xuan)擇,必將得到廣泛的(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)。

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