改性黏土矿物在废水处理中的应用研究进展
粘土矿物材料用于水中硝酸盐去除的研究进展
第40卷第3期Vol.40㊀No.3重庆工商大学学报(自然科学版)J Chongqing Technol &Business Univ(Nat Sci Ed)2023年6月Jun.2023粘土矿物材料用于水中硝酸盐去除的研究进展赵贺芳1,任梦娇1,王子杰2,张杰杰11.马鞍山学院建筑工程学院,安徽马鞍山2431002.东南大学土木工程学院,南京211189摘㊀要:硝酸盐污染威胁着环境安全和人体健康,储量高㊁易获取㊁低价高效的粘土矿物材料作为硝酸盐脱除剂极具潜力㊂首先从硝酸盐的特性和来源出发,介绍了用于水中硝酸盐去除的天然粘土矿物,包括高岭土㊁凹凸棒土㊁伊利石㊁海泡石和膨润土,发现它们普遍存在着离子交换容量较低㊁选择吸附性不高的问题㊂接着归纳了目前常用的改性方法和复合方法:两种方法均能有效提升粘土矿物材料对硝酸盐的脱除能力,改性技术能够改良其表面性质,调整表面官能团的种类和数量,其中表面活性剂改性所取得的成效更优;复合技术能够拓宽其功能性,获取更多的操作性和性能提升,其中同双金属离子或壳聚糖复合是更好的办法㊂然后分析了粘土矿物材料的毒性,总结出其具有制备低毒性和高生物相容性复合材料的潜力,但需要对改性剂的选择和使用浓度进行严格的控制㊂最后,展望了未来粘土矿物材料在硝酸盐去除方面的研究重点和发展方向,为开发用于硝酸盐去除的新型粘土矿物材料提供理论支持和参考㊂关键词:粘土矿物;硝酸盐;水处理;发展趋势中图分类号:X522㊀㊀文献标识码:A ㊀㊀doi:10.16055/j.issn.1672-058X.2023.0003.002㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2022-05-11㊀修回日期:2022-06-16㊀文章编号:1672-058X(2023)03-0009-11基金项目:安徽省高校优秀青年人才支持计划项目(GXYQ2020097);安徽省高校自然科学基金重点项目(KJ2021A1233);国家级大学生创新创业训练计划项目(202113614009).作者简介:赵贺芳(1985 ),女,安徽宿州人,硕士,讲师,从事环境保护技术与工程㊁污水处理等研究.引用格式:赵贺芳,任梦娇,王子杰,等.粘土矿物材料用于水中硝酸盐去除的研究进展[J].重庆工商大学学报(自然科学版),2023,40(3):9 19.ZHAO Hefang REN Mengjiao WANG Zijie et al.Research progress of clay mineral materials for nitrate removal in water J .Journal of Chongqing Technology and Business University Natural Science Edition 2023 40 3 9 19.Research Progress of Clay Mineral Materials for Nitrate Removal in Water ZHAO Hefang 1 REN Mengjiao 1 WANG Zijie 2 ZHANG Jiejie 11.School of Civil Engineering Ma anshan University Anhui Maanshan 243100 China2.School of Civil Engineering Southeast University Nanjing 211189 ChinaAbstract Nitrate pollution threatens environmental safety and human health.Clay mineral materials with high reserves easy access low price and high efficiency have great potential as nitrate removers.Starting from the characteristics and sources of nitrate the natural clay minerals used for nitrate removal in water including kaolin attapulgite illite sepiolite and bentonite were introduced.They generally have the problems of low ion exchange capacity and low selective adsorption.Then the commonly used modification method and composite method were summarized.Both methods can effectively improve the nitrate removal ability of clay mineral materials.Modification technology can improve its surface properties adjust the type and quantity of surface functional groups and the effect of surfactant modification is pounding technology can broaden its functionality and obtain more operability and performance improvement among which the compounding with bimetallic ions or chitosan is a better way.Further the toxicity of the clay mineral material was analyzed.It is concluded that it has the potential to prepare composites with low toxicity and high biocompatibility but the selection and concentration of modifiers need to be strictly controlled.In the end the future research focus and development direction of clay mineral materials in nitrate removal were prospected.Theoretical support and references are重庆工商大学学报(自然科学版)第40卷provided for the development of new clay mineral materials for nitrate removal.Keywords clay minerals nitrates water treatment development trend1㊀引㊀言硝酸盐是不可再生的微量营养素,对人类生活至关重要,但在高浓度下却会对生命产生毒性㊂目前,因化肥㊁畜禽粪便㊁工业和生活废水等导致的地下水和地表水硝酸盐污染,在世界许多地区造成了严重的环境和健康问题,包括沙特阿拉伯㊁印度㊁英国㊁北美㊁澳大利亚㊁摩洛哥㊁中国和伊朗等[1]㊂近20年,仅通过农业活动,水资源中硝酸盐总体含量增加了1mg/L~3mg/L㊂由于硝酸盐污染,约85%的湖泊均遭受着富营养化威胁[2]㊂从水体中低成本㊁高效地去除硝酸盐愈加成为环境治理的重头,化学还原工艺㊁生物反硝化工艺等技术纷纷被应用在硝酸盐处理领域,并且收获了不少成效[3]㊂然而它们也存在着运行成本高㊁处理效果不稳定和会产生副产物等缺点,需要被进一步克服[4]㊂粘土矿物在我国储量高㊁获得简单㊁便宜,并且有着天然的吸附能力以及离子交换特性,使其在脱除硝酸盐方面获得了广泛的关注[5]㊂在过去的几十年中,众多研究者们致力于增强粘土矿物的硝酸盐脱除能力,通过与改性技术及复合技术的结合,其吸附容量㊁选择吸附性㊁可回收性等都得到了一定程度的提升㊂粘土矿物和粘土矿物复合材料,有望能够成为一种集高效性㊁经济性㊁安全性于一体的硝酸盐脱除剂㊂本文总结了当今国内外用于水中硝酸盐去除的天然粘土矿物㊁改性粘土矿物㊁粘土矿物复合材料的研究进展,归纳了用于提升粘土矿物脱除硝酸盐能力的改性方法和复合方法,分析了粘土矿物材料的毒性,展望了未来粘土矿物材料在硝酸盐去除方面的研究重点和发展方向,为开发用于硝酸盐去除的新型粘土矿物材料提供理论支持和参考㊂2㊀硝酸盐的特性及来源硝酸盐被认为是农业必需的矿物质之一,它在氮循环中发生的硝化㊁反硝化过程内起着重要作用[6]㊂硝酸盐是一种高水溶性离子,它不容易直接与土壤结合,但在水环境中能够保持很高的稳定性和溶解性,因此高浓度的硝酸盐被认为是地下水资源的常见污染物之一㊂同时,它也是刺激富营养化的元素之一,影响着水环境中氮的形式,包括了铵态氮㊁硝酸盐氮和亚硝酸盐氮[7]㊂水中的硝酸盐进入人体后,在胃内细菌的作用下,很容易转化为亚硝酸盐,并形成致癌的N-亚硝基化合物[8]㊂此外,有研究表明饮用水中的硝酸盐通过与胺发生化学或酶反应容易形成亚硝胺,导致新生儿患癌症和高铁血红蛋白血症㊂当饮用水中的硝酸盐浓度过高时,人体会出现利尿㊁淀粉沉积积累增加和脾脏肿大等问题[9]㊂我国和美国环境保护署(USEPA)规定饮用水中硝酸盐的最高限量(以N计)为10mg/L,世界卫生组织(WHO)和欧盟(EU)规定饮用水中硝酸盐的最高限量为50mg/L㊂对于动植物而言,硝酸盐㊁亚硝酸盐等形式的氮也是一种威胁,硝酸盐浓度的增加会导致水体的溶解氧含量降低㊁透光率降低以及生物多样性的减少㊂硝酸盐形成的中间产物是一氧化二氮,其具有引起全球变暖的潜在风险[10]㊂硝酸盐的主要来源可分为四类,包括市政污水㊁工业废水㊁农业废水和大气沉积㊂市政污水中的硝酸盐主要来自于生活污水和生活废水,包括人类家庭和工作中的清洗㊁洗浴㊁污水处理系统㊁化粪池系统等环节㊂工业废水中硝酸盐的来源范围更加广泛,包括果胶工业㊁炸药工业㊁化肥工业㊁金属加工工业和核工业等㊂农业废水中的硝酸盐主要来自于动物粪便㊁灌溉㊁动物饲料㊁化肥㊁杀虫剂㊁除草剂等㊂大气沉积包括腐烂有机物的解离和风暴径流[11]㊂根据已有的研究报道,部分不同来源的硝酸盐浓度如表1所示㊂工业行业废水的硝酸盐浓度通常在200mg/L以上,远高于普通的市政污水㊂这是因为工业行业在生产过程中通常会将硝酸或硝酸盐作为原材料或辅助剂,导致硝酸盐的直接富集,或在加工过程中添加大量的含氮有机物,使废水经分解间接造成硝酸盐污染㊂表1㊀部分不同来源的硝酸盐浓度Table1㊀Nitrate concentrations from different sources 来㊀源浓度/(mg㊃L-1)文㊀献市政污水3~10[12]生活污水3~5[13]生活废水5~7[13]一般工业废水>200[14]果胶工业废水1000[15]炸药工业废水1000[15]化肥工业废水1000[16]金属加工废水1000[16]金属清洗废水50000[16]核废水186000[16]3㊀天然粘土矿物的应用粘土矿物是含水层状硅酸盐,存在于土壤㊁海洋沉积物和泥质页岩中,它们的形成是热液作用㊁沉积或风化铝硅酸盐岩石的结果[17]㊂在天然粘土矿物中存在两01第3期赵贺芳,等:粘土矿物材料用于水中硝酸盐去除的研究进展个结构单元,分别是硅四面体和氧化铝或镁八面体,如图1所示㊂四面体片状四面体八面体片状八面体O 2-S i 4+(H )O 2-A l 3+/M g 2+(H )O2-图1㊀片状四面体和片状八面体结构[20]Fig.1㊀Structures of tetrahedral and octahedral sheets各种天然粘土矿物都是由四面体和八面体的不同组合形成的,其金属氧化物表面和硅酸盐粘土边缘羟基的质子化使得大多数天然粘土矿物均有着低至中等的阴离子吸附能力[18]㊂基于Web of science 核心数据库2011 2021年关于 Clay minerals 和 Nitrate 的主题文献检索(图2(a)),可以发现在国际上近10年来的相关研究发文数量呈现稳定状态,对于粘土矿物与硝酸盐的关联探索长期维持着热度㊂而从不同发文国家/地区的网络图谱来看(图2(b)),美国和中国的研究占据了主要地位,表明了我国对粘土矿物脱除硝酸盐的研究投入较多而且产出了较多的研究成果㊂但是,天然粘土矿物普遍存在着离子交换容量较低㊁选择吸附性不高的问题[19]㊂因此,它们很少直接用于脱除水环境内的硝酸盐,有关研究文献也较少㊂即便如此,对于含有富粘土地层的地区而言,数量可观的天然粘土矿物依旧有不错的处理能力可被利用㊂目前,对于天然粘土矿物材料直接应用的研究主要包括了高岭土㊁凹凸棒土㊁伊利石㊁海泡石和蒙脱石㊂我国的粘土资源种类丰富,除了上述粘土矿物之外,红粘土㊁黄土㊁硅藻土等储量也非常充足,但是缺乏将其应用于硝酸盐脱除的相关研究,可以作为研究者未来关注的方向㊂807060504030201020112012201320142015201620172018201920202021年份发表文献数量（篇）5962615457726560697146(a )2011 2021年发文量分布情况(b )2011 2021年不同发文国家/地区的网络图谱图2㊀2011 2021年以粘土矿物和硝酸盐为主题的文献统计分析Fig.2㊀Aanlysis of literature statistical results onclay minerals and nitrates from 2011to 2021.3.1㊀高岭土高岭土(KN)是一种具有双层构造的无机粘土矿物,呈层状白色,它是通过热液改造或风化含有富铝硅酸盐的酸性火成岩形成的,这种矿物也可能存在于花岗岩和片麻岩中㊂其结构方程是Al 2Si 2O 5(OH)4,元素组成构成分别有SiO 2(45.68%)㊁Al 2O 3(40.45%)和H 2O (13.87%),其结构如图3所示[21]㊂KN 硅酸盐层内有Al 3+对Si 4+的同相置换,有助于去除硝酸盐㊂但是,KN 的层间位置会被易交换的OH 基团所占据,并且存在着过滤压降㊁比表面积低㊁吸附能力低等问题[22]㊂KN 是一种不膨胀的粘土矿物,相较于膨润土等膨胀粘土,在层间区域缺乏可交换阳离子的存在,其表面积及阳离子交换能力要小得多㊂Mohsenipour 等[23]评估了KN 在酸性条件下对硝酸盐还原的影响,结果显示在pH 值为4㊁温度为20ħ的环境中,对于高浓度以及低浓度的溶液,约25%的硝酸盐都能被吸附在KN 上㊂另外从吸附等温线的分析结果来看,Freundlich 模型在预测硝酸盐吸附方面比Longmuir 模型更准确㊂并且,在KN 的存在下,饱和区硝酸盐污染的延迟因子约为4,表明了KN 可被用于去除水环境中的硝酸盐㊂O O H A l S i图3㊀高岭土的结构示意图[24]Fig.3㊀Structure of kaolin11重庆工商大学学报(自然科学版)第40卷3.2㊀凹凸棒土凹凸棒土(ATP)是一种水合结晶型铝镁硅酸盐矿物,同时也是一种稀有的非金属矿资源㊂ATP由镁铝硅酸盐构成,理想结构方程为[Mg5][Si8O20](OH)2 (OH2)4㊃4H2O,如图4所示㊂其结构中的重要元素,是长方向上平行于c轴的角闪石双硅链㊂平行于c轴的双硅链以其纵向边缘的氧原子连接在一起,构成凹土的结构㊂在连续链中,四面体的顶点指向相反的方向,在层结构的底部和顶部交替间隔形成一种特殊的双层棱纹层,由两排四面体顶点组成㊂与双硅链一样,水分子链与c轴平行,填满了角闪石链之间的空隙[25]㊂从性能上看,ATP由于其独特的纤维晶体结构,具备了孔隙丰富㊁比表面积大的优势,同时外层羟基作为吸附位点提供了静电吸引的能力㊁外层络合效应以及较高的离子交换容量,使其在水处理范围应用广泛[26]㊂根据已有的研究,ATP的吸附性能和相应酸活化或热活化比表面积显示正向关联㊂Dong等[27]的研究报道了ATP对硝酸盐的去除能力,在硝酸盐含量20mg/L㊁ATP加入量2g/L㊁温度25ħ㊁接触时长12h的实验环境下,ATP对硝酸盐的去除率约为5%㊂H2O O H M g或A lO H2O S i图4㊀凹凸棒土的结构示意图[28]Fig.4㊀Structure of attapulgite3.3㊀伊利石伊利石(IMt-1)为2ʒ1铝硅酸盐,主要存在于页岩等沉积岩中,它是由KN在自然反应下变化而来的天然粘土矿物㊂IMt-1的结构方程为K0.75(Al1.75R) [Si3.5A l0.5O10](OH)2㊂结构如图5所示,其内部晶格包括两个硅心四面体片所围绕的一个铝心八面体片,通过四面体氧尖端和八面体羟基相互连接,铝中心只存在于三分之二的八面体片上,四面体层中的Si4+离子对低价态AI3+离子的同构取代敏感性较低[29]㊂IMt-1表面净负电荷被层间的K+离子中和,一些离子可以与阳离子进行交换,如H+㊁Ca2+和Mg2+㊂IMt-1对硝酸盐的还原,主要依赖于结构中的Fe2+与铁氧化菌的协同作用,将亚硝酸盐当成中间体进而还原成为氮气,同时这一微生物过程也促进了伊利石向其他岩石形态的转化[30]㊂Zhao等[31]研究了IMt-1对硝酸盐的去除过程,结果发现IMt-1样品的Fe2+浓度会随着反应时间的延长而降低,表明铁氧化菌能够氧化IMt-1内部的二价结构铁,而且最多仅需7d,IMt-1就能完全脱除水样内的硝酸盐㊂由于反应具有瞬变性,在实验任何时间点均可监测出NO和N2O存在㊂O2-O HA l3+,M g2+o r F e2+S i4+图5㊀伊利石的结构示意图[24]Fig.5㊀Structure of illite3.4㊀海泡石海泡石通常出现在沉积物和土壤中,是一种呈现微纤维构造的天然硅酸镁矿物,由二维四面体SiO5片组成,属于2ʒ1层状硅酸盐体系,分子式为(Si12)(Mg8)O30 (OH)4(OH2)4㊃8H2O,其结构如图6所示㊂海泡石的结构呈纤维状,其中包含由镁原子组成的平行四面体片㊂在SiO4条带中连续倒置的顶端氧原子常常引起八面体片的断裂,这些断裂使得构造通道形成,它们垂直于海泡石晶体的c轴以及条状结构[32]㊂通常,海泡石的比表面积接近于900m2/g,还存在着较强的化学㊁力学稳定性㊂海泡石的广泛可用性㊁成本效益㊁较强的吸附能力,使其在硝酸盐的去除方面被应用[33]㊂Ozturk等[34]的实验证明了海泡石对吸附硝酸盐的饱和容量最高为3.4mg/g,酸性的环境对于整个吸附进程有着促进效果,这可能归因于随着与海泡石接触的水相pH值的降低,海泡石表面上形成了过量的正电荷㊂拟二阶动力学模型更为贴切地拟合了吸附进程,从而验证了发生的活化吸附机制涉及硝酸盐和海泡石表面的活性位㊂ab S i O M g O H O H2H2O图6㊀海泡石的结构示意图[35]Fig.6㊀Structure of meerschaum21第3期赵贺芳,等:粘土矿物材料用于水中硝酸盐去除的研究进展3.5㊀膨润土膨润土(Bent)主要由蒙脱石粘土矿物组成,通常产生于水热合成或脱硝作用以及火山灰的化学变化,其分子式为(Na)0.7(Al3.3Mg0.7)Si8O20(OH)4㊃nH2O,结构如图7所示㊂其具有2ʒ1的铝硅酸盐结构,由一个铝为中心的八面体层夹在两个硅为中心的四面体层之间㊂Bent的表面带有净负电荷,这是由于八面体AI3+离子被价态较低的Fe2+和Mg2+等金属离子同构取代而产生的㊂类似的取代可能发生在它的四面体层中,Si4+离子被价态更低的铝AI3+离子取代,由此产生的表面负电荷被位于薄片层间区域的H+㊁K+㊁Na+和Ca2+等交换性阳离子中和[36]㊂Bent具有溶胀性好㊁表面吸附和离子交换性能强的优势,在工业和商业领域均有应用㊂在水处理领域中,Bent可以被用于吸附重金属和有机污染物等,也可应用于充当废水的混凝剂和废水处理过程中的污泥脱水环节㊂张庆乐等[37]研究表明了Bent对硝酸盐具有一定的吸附能力,当原水的硝酸盐浓度为25mg/L时,Bent对硝酸盐的去除率约为5.68%㊂OS iA lO HM g,F e图7㊀膨润土的结构示意图Fig.7㊀Structure of bentonite4㊀改性粘土矿物的应用天然粘土矿物的吸附能力一般会低于多孔硅或活性炭等多孔材料,为了提高这些廉价材料的吸附能力,科学界已经发展了各种策略来提高吸附能力㊂应用于改性天然粘土矿物的技术方法有很多,包括酸改性㊁表面活化剂改性㊁热改性㊁盐改性以及接枝改性等[38]㊂对于不同的天然粘土矿物和目标污染物,选择合适的改性方法能够使处理效果大幅提高㊂图8中统计了Web of science核心数据库2011 2021年用于硝酸盐去除的粘土矿物改性方法发文量占比情况,可以发现国际上对于改性粘土矿物的研究数量远超于天然粘土矿物,并且近年来的研究主要集中于酸活化改性和表面活性剂改性,两者的改性机理如图9所示㊂表2展示了粘土矿物在改性前后的硝酸盐脱除能力情况,酸活化改性和表面活性剂改性均有益于提升粘土矿物的硝酸盐脱除能力㊂酸改性热改性表面活性剂改性其他接枝改性天然粘土矿物5%7%3%32%53%<1%图8㊀2011—2021年用于硝酸盐去除的粘土矿物改性方法发文量占比Fig.8㊀Proportion of publications on clay mineral modification methods used for nitrate removal from2011to2021片状四面体酸活化改性表面活性剂改性图9㊀粘土矿物酸活化改性和表面化学改性机理图Fig.9㊀Mechanism diagram of acid activation modification and surface chemical modification of clay minerals表2㊀粘土矿物不同改性方法的硝酸盐去除能力Table2㊀Nitrate removal capability of different modificationmethods of clay minerals粘土矿物改性方法硝酸盐初始浓度/(mg㊃L-1)硝酸盐去除能力/(mg㊃g-1)文献高岭土480 1.24[23]H3PO4活化7015.00[40]HDTMA4-CEC表面活性剂改性100 4.87[41]海泡石100 3.4[34]HCl活化1009.80[34]DEDMA-Br表面活性剂改性2028.11[42]膨润土150 1.65[37]HCl活化408.90[43]H2SO4活化407.50[43]HDTMA4-CEC表面活性剂改性性10014.76[41]31重庆工商大学学报(自然科学版)第40卷4.1㊀酸活化改性酸处理活化粘土矿物,是增加层状硅酸盐骨架孔隙度最简单㊁最快的处理方法,它是粘土矿物与盐酸㊁硫酸等酸性物质反应的化学过程,过程内粘土矿物的金属阳离子会和氢离子交换致使去羟基化反应,致使粘土矿物外层的酸性基团增加,这有助于提升粘土矿物的吸附能力[44]㊂张素芳等[45]的研究对比了0.5%~ 15%的盐酸对天然膨润土改性效果,结果证明了酸溶液浓度和膨润土的吸附效能展现出负相关联系㊂因此,改性过程中选择合适浓度的酸溶液非常重要,高浓度的酸改性可能会对粘土矿物造成不利影响㊂Lei等[46]采用磷酸进行了高岭石的酸改性并引入了更多的H+,改性后的高岭石能够与合成的MgeAl层状双水滑石(LDH)前体协同作用,从而提高了对硝酸盐的去除率㊂Mena-Duran等[43]为了改变粘土矿物的构造特性,使它具有更大的孔隙率和表面积,从而提升硝酸盐的脱除效能,分别使用了硫酸和盐酸对天然膨润土实施了酸热活化㊂最终发现,硝酸盐的吸附量与吸附时间成正比,膨润土在被盐酸活化之后具有更高的硝酸盐脱除能力,可达22.28%㊂粘土残渣中存在的KCl证实了材料具有离子交换作用,而BET面积得测量结果表明了比表面积与硝酸盐去除能力之间没有直接关系㊂因此在酸活化改性过程中,根据不同的粘土矿物种类,选择合适的酸种类,优化酸溶液浓度㊁反应时间等操作条件非常重要,这直接影响硝酸盐的脱除效率㊂4.2㊀表面活性剂改性通过表面活性剂对天然粘土矿物进行改性,能够改良粘土矿物原有的表面性质,其包含的阳离子或阴离子基团还能够增强粘土矿物对于硝酸盐的吸附能力[47]㊂对于阴离子的去除,表面活性剂的有机阳离子可以与粘土的无机阳离子实施交换,这一过程使原本亲水的有机粘土转换成疏水,也促进了它对硝酸盐的吸附㊂另外,对于疏水键的利用不仅致使粘土矿物愈加稳定,还促进了阳离子表面活性剂的表层插入[48]㊂Duarte等[49]将十六烷基三甲基铵离子作为改性物质,研究调查了将其插入蒙脱土后在水性介质中去除硝酸盐的效率㊂初步测试表明,用氨基丙基三乙氧基硅烷和十八烷基胺官能化的纳米粘土在硝酸盐吸附方面最有效,另外改性蒙脱土对硝酸盐的吸附是物理的㊁自发的,且与硝酸盐有很好的亲和力㊂Gatti等[50]使用了氨基丙基三甲氧基硅烷当作天然粘土的改性物质,并且成功获取了新型改性材料Mn-S,并探究了其从水中去除硝酸盐的潜在能力㊂结果表明,Mn-S的阳离子吸附能力几乎是改性前的3倍,硝酸盐的吸附主要发生在-NH3+的表面基团上㊂较低的pH能够更为有效地促成吸附反应,并且随着pH的增加,硝酸盐的脱除率减少㊂将pH控制位于3可以获得0.8mmol/g的单层吸附容量㊂在表面活性剂改性之后,再实施镧改性,有助于粘土矿物进一步提升硝酸盐的脱除性能㊂Luo等[51]选用了蒙脱石(Mt)作为基质,并且将镧(La)和阳离子双子表面活性剂当作逐步改性物质,得到了能够共同吸附磷酸盐和硝酸盐的改性粘土矿物LaOMt㊂研究证明,改性之后La以LaCO3OH形式存在,双子表面活性剂则插入进了Mt层间空间㊂LaOMt对硝酸盐的吸附容量是0.84mmol/g,去除作用主要归因于与溴离子的离子交换以及与从Mt层释放的-R4N+基团的相互作用㊂另外,溶液中所含有的磷酸盐帮助LaOMt的水合也增进了硝酸盐的脱除㊂Wu等[52]则针对沸石使用类似的方法制取了以十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)和La为改性物质的新型材料SMZ-La,并且研究了其对硝酸盐的吸附性能㊂结果表明,SMZ-La比两种单组份物质改性后获得的材料具有更高的吸附容量(3.82mg/g)㊂通过一系列表征发现,HDTMA被双层装载在沸石的外层上,La则被装载在沸石的孔中,而HDTMA和La的引入均不会改变沸石的原始晶体构成㊂因此,选择不同的表面活性剂能够强化粘土矿物对硝酸盐的物理吸附或化学吸附性能,对于表面活性剂的选择以及改性条件的控制至关重要㊂在表面活性剂改性后,继续联用La改性或其他改性方法以进一步提高粘土矿物的硝酸盐脱除能力,是未来值得关注的研究方向㊂5㊀粘土矿物复合材料的应用相比于通过改性的方法来改善粘土矿物的硝酸盐处理效能,将粘土矿物与其他材料进行复合有着更广泛的操作空间,并且通常能够获得更高的性能提升㊂合成开发能够用于硝酸盐去除的新型粘土矿物复合材料是目前研究的重点和热点,主要集中于和金属㊁壳聚糖以及磁性纳米粒子的复合㊂近年来,诸如金属有机框架㊁碳纳米管等新型材料得到了飞速的发展,也为进一步拓展粘土矿物脱除硝酸盐的性能和应用场景提供了新的途径,但是缺乏相关的研究报道,研究者可以在41第3期赵贺芳,等:粘土矿物材料用于水中硝酸盐去除的研究进展未来作进一步的探索㊂5.1㊀粘土矿物和金属的复合粘土矿物可以通过和金属的复合,利用其所带的正电荷和金属氧化物表面的羟基,来强化对硝酸盐的吸附作用[53]㊂Omorogie等[54]分别将铁㊁锌两种金属和高岭土在真空(VHYCA)下进行复合,得到了Zn-VHYCA和Fe-VHYCA两种金属-粘土矿物复合材料㊂其研究结果表明,与表面活性剂改性的粘土矿物材料相比,通过使用锌进行金属复合而得到的新型材料从水溶液中去除硝酸盐的效率更高,Zn-VHYCA和Fe-VHYCA吸附剂可分别从水溶液中去除98%和85%的硝酸盐㊂一些研究证明,采取双金属复合脱除硝酸盐的效能要优于单金属复合㊂Jia等[55]将硅㊁铝和粘土矿物进行复合,得到了一种Si-Al多孔粘土矿物材料(PCMW),并作为吸附剂用来除去地下水中的硝酸盐㊂结果表明,PCMW吸附硝酸盐的最高容量是5.30mg/g,颗粒内扩散和液膜扩散是吸附进程的两个控制因素㊂Cai等[56]合成一种高岭石负载的双金属Fe/Ni纳米颗粒(K-Fe/Ni)用于同时脱除Cu2+和硝酸盐,结果表明,使用K-Fe/Ni去除Cu2+或硝酸盐是相互影响的㊂具体而言,在200mg/L的Cu2+存在下,硝酸盐的降解率为42.5%,而当不存在Cu2+时,硝酸盐仅还原了26.9%㊂在不存在或存在硝酸盐的情况下,去除Cu2+也获得了相似的结果㊂除此之外,将贵金属(如Pd㊁Pt㊁Ir)和促进剂金属(如Cu㊁Ag㊁In)作为不同的活性组分涂敷在粘土矿物上进行复合,还可以起到催化的作用[57]㊂Yun等[58]将钯㊁铜和硅藻土进行结合,制备出了新型材料Pd-Cu/硅藻土双金属粘土矿物,并且和零价铁联用进行硝酸盐的催化还原㊂在零价铁投加5g/L㊁钯/铜质量比3ʒ1㊁Pd-Cu/硅藻土投加4g/L㊁反应时间2h 的环境中,实现了67%的硝酸盐脱除率和62%的氮气选择性㊂5.2㊀粘土矿物和壳聚糖复合壳聚糖源自于甲壳素,通过去乙酰化处理而得来,存在着生物可降解㊁机械强度差㊁化学稳定性低㊁难以分离等局限性,将壳聚糖与粘土矿物进行复合可显著改良两者的缺陷,提高对污染区的去除性能[59]㊂Kumar等[60]将壳聚糖包埋高岭土粘土结合成了壳聚糖和高岭土复合材料(CSKN),为提高CSKN复合材料的吸附能力和选择性,采用原位沉淀法以及水热法把氧化锆(ZrO(OH)2)包覆于CSKN上得到Zr@CSKN复合材料,并用于去除硝酸盐和磷酸盐㊂研究结果表明:Zr @CSKN复合材料比单个原料表现出更强的去除能力,吸附硝酸盐和磷酸盐的最高容量达到了34.62mg/g和40.58mg/g㊂金属㊁壳聚糖和粘土矿物的共同复合,有时能进一步发挥三者的协同作用,强化对硝酸盐的脱除性能[61]㊂Banu等[62]研究了镧包覆壳聚糖-高岭土(LCK)杂化复合材料的吸附性能和机理,并将其用于水中硝酸盐和磷酸盐的去除㊂LCK杂化复合物具有极高的吸附能力和稳定性,其吸附机制遵循离子交换㊁络合和静电相互作用的机制,对硝酸盐和磷酸盐的吸附容量分别为87.11mg/g和106.48mg/g㊂Cheng等[63]将壳聚糖用作交联剂以将铁㊁铝双金属颗粒负载到膨润土上,制备了Fe-Al双金属壳聚糖膨润土(Fe-Al双金属@弯曲)复合物,用于在低温下有效去除废水及其副产物中的硝酸盐㊂该复合材料在60min内,对浓度为50mg/L 的硝酸盐废水的去除效率约为90%㊂证明了壳聚糖,膨润土和双金属具有优异的协同作用,这可以有效提高反应速率㊁pH缓冲能力㊁减少二次污染和硝酸盐危害㊂5.3㊀粘土矿物和磁性纳米粒子的复合磁回收技术由于不产生絮凝剂和混凝剂等二次污染物,能够在最短时间内处理大规模的废水,是环境修复的替代技术之一㊂粘土矿物与铁的氧化物复合已经被证明能够强化原有的吸附能力㊂Dehestaniathar等[64]将Fe2O3和硅藻土进行了结合,考察了硝酸盐对于Fe2O3/硅藻土上的吸附情况㊂实验结果表明:控制pH 位于4.5,可以最大程度地脱除硝酸盐㊂对于整个吸附剂剂量,去除效率和接触时间表现成比例关系㊂此外,硝酸盐的吸附量同吸附剂浓度之间也存在着相类似的趋势㊂Fe2O3/硅藻土的最佳加入量是5g/L,对于初始硝酸盐含量位于20㊁60和100mg/L,100min后硝酸盐的去除量分别为93%,85%和79%㊂对于具有离子交换特性的粘土矿物,与磁性材料结合能够增强相互作用的静电力,最终导致吸附效能的增强㊂Khatamian等[65]选用了化学共沉淀和超声方法合成了纳米级的Fe3O4/膨润土吸附剂,然后把获得的纳米复合吸附剂用于脱除水和工业废水内的硝酸盐㊂控制pH位于5㊁接触时间90min㊁吸附剂量0.6g㊁最初硝酸盐含量30mg/L的环境中,使用获取的新型材料吸附剂展现出最佳的硝酸盐脱率(79%)㊂另外,对制药厂内工业排水实施了测试,以评估复合材料对BOD和COD的处理能力㊂结果表明,使用2g的合成51。
有机粘土矿物对污染环境修复的研究进展
有机粘土矿物对污染环境修复的研究进展摘要:要对有机粘土矿物和改性粘土的性质、吸附性能、影响重金属和有机污染物的规律和因素。
有机粘土在环境科学中的重要性，同一有机粘土的特性、有机粘土在各种有机污染物中的吸附顺序和方法，地下水污染、垃圾填埋场和工业废水中的添加剂等，可作为工业废水处理中垃圾填埋场的添加剂。
土壤变化可以将有机污染物纳入地下水，并与微生物降解相结合，提供新的技术来改善地下水污染，提高环境修复的效率。
关键词:有机粘土矿物;污染环境修复；策略前言随着我国工业的发展，许多化学污染物以多种方式进入环境，对人类和环境造成直接或潜在的危害。
有机粘土矿物的细胞、各种表面和结构、分布和吸收、离子交换、吸附等，对环境修复产生很大的影响。
要改变粘土矿物，用于粘土矿物的利用和污染物修复已成为研究的重点。
基于现代矿物学、化学和生态学的相互关联和复杂的应用，矿物质或轻微改变的天然矿物质具有环境修复，并被广泛有效地使用。
有机粘土矿物是具有不规则转变结构的颗粒，由现有的细颗粒制成，用有机阳离子表面活性剂改性的粘土矿物可以得到有效利用，控制环境污染，改善环境。
一、有机粘土矿物的制备有机粘土矿物的特点是从环境中吸收离子，由于具有很强的吸附性、离子交换性和溶解性，粘土矿物对水体中的各种污染物具有良好的吸附性能。
有机粘土矿物含有大量可替代的无机阳离子，如钠和钙，有机物是非极性分子。
阴离子氧键和氢氧键与有机基团改性剂用合适的化合物处理，在无机和有机物质之间形成分子桥，从而提高强度，实现表面变化，增加疏水性有机粘土对水体和土壤的影响。
因此，污染物吸附剂被广泛用作油罐有机排放的添加剂。
用改性的粘土，粘土的内层需要附着三层，甚至以增加互连，从而形成吸附表面，可以增加变化的影响，提高有机成分的吸附能力，控制环境污染，广泛使用有机污染物改善环境。
性质是变量的类型、有机物的强度和性质，可以说之间的相互作用是有机粘土矿物化学、有机化学的产物[1]。
改性膨润土在含磷废水处理中的应用
（ 西理 工学 院化 学与 环境科 学学 院 ， 西 汉 巾 ７３ ０ ） 陕 陕 ２ ０ １ 摘 要 ： 别 介 绍 了膨 润 土 的 无 机 改 性 、 机 改 性 和 交 联 改 性 的 改 性 方 法 及 机 理 。 综 述 了 ３类 改 性 膨 分 有 并
润士对 含磷废 水处 理 的应用情 况 。 关键 词 ： 性 膨 润 土 ： 磷 废 水 改 含 中 图 分 类 号 ： ０ ． Ｘ７ ５ Ｘ７ ３５ ０ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ １９ ０ （０ １０ ．０ ６０ １７ ．９ ５ ２ １ ）３０ ４ －４
温 煅 烧 活 化 要 求 煅 烧 温 度 不 能超 过 ５ ０ １ ０ ％ ．是 利 用 高 温 脱 除 膨 润 土 中 的表 面 水 、结 合 水 和 水 化 水 ， 且 去 除 膨 润 土 结 构 空 隙 里 的 杂 质 。 过 减 并 通
处 理 过程 中常 用 作 吸 附剂 和 絮凝 剂 。污 废水 中 的
热点［ 。
胡 巧 开 Ｉ利 用 Ａ ， 钠 基 膨 润 土 制 得 含 Ａ ７ ］ ｌ和 ｌ 约 １ 的改 性 膨 润 土 。并 用 于 对 黄磷 生 产 废 水 进 ％ 行 深 度 处 理 ， 改 性 膨 润 土 用 量 为 ５ｇ Ｌ ｐ ９ 在 ・ － Ｈ＝ ， ，
天 然 膨 润 土 直 接 处 理 废 水 中 的 磷 时 几 乎 没
层 之 间作 用 较 弱 ，使 层 间 阳离 子 可 交 换 性 增 强 ，
进 而 提 高 膨 润 土 的吸 附 性 能 ［ ］ １２ 无 机 改性 膨 润 土 处 理 含磷 废 水 的应 用 ．
高 选 择 性 、 附 速 度 快 、 干 扰 能 力 强 、 二 次 污 吸 抗 无
粘土矿物的结构及其对环境污染物的吸附行为
粘土矿物的结构及其对环境污染物的吸附行为粘土矿物是一种重要的地质资源，广泛存在于自然环境之中。
它们结构稳定，比表面积大，拥有优秀的吸附性能，因此在环境治理和废水处理等领域有广泛的应用。
一、粘土矿物的结构粘土矿物的结构单位是孪生层，孪生层由硅氧四面体和氢氧八面体构成。
硅氧四面体为一氧化硅与三氧化硅组成的六角形结构，氢氧八面体为氢氧化铝二面体结构。
这两种元素交替排列，形成一个双层板状结构，内层氢氧八面体的底面朝着粘土矿物表面，两层之间由阴离子静电作用结合。
粘土矿物的种类有很多，常见的有蒙脱石和伊利石。
蒙脱石表面带有负电荷，因此能够吸附阳离子和中性分子，如氨气、甲烷、氢气等。
伊利石也有负电荷，但吸附的是主要是某些有机物和阴离子物质。
粘土矿物的层数和吸附性质都与晶体结构密切相关。
二、粘土矿物的吸附特性粘土矿物的吸附特性是由其表面化学性质和孔道结构决定的，因此不同的粘土矿物对不同的污染物有不同的吸附表现。
例如，对于有机物质，表面上的静电作用和氢键作用是吸附的主要原因。
粘土矿物表面上的负电荷会吸引阳离子或带正电的有机物，因此吸附基本上是键合作用。
粘土矿物对重金属污染物的吸附作用因金属离子的性质而异。
通常来说，单一金属离子被粘土矿物吸附的速率十分快，半衰期数秒至几分钟之间，而对于两种或以上的金属离子来说，吸附的速率远慢于单一金属离子。
三、粘土矿物在环境治理中的应用粘土矿物广泛应用于环境治理和废水处理等领域。
例如，可将粘土矿物作为一种吸附剂来去除废水中的污染物，如铅、镉、砷、铬等重金属，或有机污染物如苯、甲苯、乙苯、二甲苯等。
此外，由于粘土矿物吸附能力优异，因此常用于土壤修复。
土壤中的污染物对植物生长的影响很大，而粘土矿物的吸附能力可以将污染物从土壤中移除，从而改善土地生态环境。
四、结语总的来说，粘土矿物的结构特殊，吸附特性优秀，因此在环境治理和废水处理等方面有广泛的应用前景。
尽管粘土矿物的种类较多，但其解决污染问题的吸附机制本质上是类似的。
凹凸棒石的改性及其用于污水处理研究进展
凹凸棒石的改性及其用于污水处理研究进展【摘要】介绍了我国凹凸棒石的矿产资源及改性技术发展状况，叙述了凹凸棒石的各种改性方法及其机理。
概述了凹凸棒石在污水处理方面的应用和发展方向。
【关键词】凹凸棒石活化改性污水处理凹凸棒石（attapulgite）简称凹土，也被称为坡缕石，是一种粘土矿物，其结构主要是含镁、铝元素的硅酸盐，并且具有层链状的微结构，纤维细长，孔道多，表面积较大。
凹土一般情况下呈现土状、块状，由于具体成分不同颜色分布为白、灰、蓝灰，并有弱丝绢光泽。
凹凸土质十分细腻，有油脂的润滑感、质轻且性脆，有较强的吸水性和较低的遇水膨胀性，湿润后有一定的粘性和较好的可塑性。
凹凸棒石产于特殊的地质环境，具有广泛的应用，在矿物学、材料学、物理化学、土壤科学、地球科学等多方面都具有潜在的应用，因此近些年越来越被关注，甚至被称为“千土之王”和“万用之土”。
目前，世界各地都有发现凹土矿藏的报道。
但是由于产量和质量的制约，仅有个别产区的矿藏具有实际的工业意义和开采以及加工价值，例如：中国、美国、西班牙、法国、俄罗斯、英国、巴西、南非等。
其中我国是凹土的主要产区，尤其是江苏，安徽，甘肃等地储量巨大，目前探明地质储量超过1亿吨，并且其矿藏质量上乘、容易开采，因此其工业利用价值也十分优异。
综上所述，我国凹土矿藏无论是从数量上，还是从质量上都能够满足目前的需求，并且与其他国家相比还具有相对优势。
尽管如此，但是国内目前对凹凸的开发和应用，尤其是利用其优异的性能进行改性方面并不完善，需要继续努力，本文认为利用凹凸棒石进行污水处理是凹凸棒石应用性的重要方面，一方面，随着国内工业生产的持续进行，污水排放造成的环境问题越来越值得反思，因此凹凸用于污水处理不仅仅的经济和技术问题，更是环保问题，功在千秋；另一方面我国凹土的储量大、品位高，只要积极致力于凹凸棒石性能的改造，制造新产品，努力提升相关产品的附加价值，对于促进凹土工业的发展和矿物产品利用都具有重大而深远的意义。
改性蒙脱土处理工业废水的试验研究
中 图分 类 号 ： ７ ３ Ｘ ０ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０６ ５７ （０ ７ ０ －０ ３— ４ １０ ４７ ２ ２０ ）５０ ９ ０
蒙脱 土是 膨润 土 的主 要 成 分 ， 一 种 在 自然 界 是 分 布较 为广泛 的粘 土类 矿物 ， 重要 的非 金属 矿 产 ， 是 具有很 强 的吸水性 ， 水 后 易膨 胀 。随 着科 学 技 术 吸
图 １ Ａ Ｏ 活 性 污 泥 法 处 理 工 艺流 程 ／
大增加 ， 其活 性更 强 。总结 近 １ 来改 性 蒙脱 土在 ０年
环保方面的主要应用 ： ①污水净化处理 ； 含油及 ② 高分子有机 污染物处 理 ； 除色、 ③ 除臭 ；④城市垃 圾中的废液处理 ； 空气净化 和废水净化 等领域。 ⑤ 试 验证 明改性 后 使用 效果 很好 ¨ 。 Ｊ
摘要 ： 改性 蒙脱 土与 活性 炭膜 ２种 材料 同时作 为 生物 处理 工 艺的填料 ， 将 分别加 装在 相 同
条件 的 ２套 处理 系统 中 ， 用生 物 处理 工 艺。在 同样 的条件 下处理 工 业废 水 ， 采 经过 对 实验 数据
的分析 得 出：以改性 蒙脱 土 为填料 ， 理 工业废 水 的能 力更 强 ， 化 效果 更好 。 处 净
收 稿 日期 ：０７— ６— ７ ２０ ０ ２
命 ＿ 。试 验 效果 不理 想 ， ２ Ｊ 考虑 是 不 是 处 理 过 程 中颗 粒 活性 炭 的作 用没 能 充 分 的 发 挥 ， 多 颗 粒 活性 炭 大
作者简介 ： 刘萍 （９ ９一）， ， １６ 女 河南南 阳人 ， 华中科大环境 学院 ２ ０ ０ ４级市政工程专业研究生 ， 河南省平顶 山工学院市政工程系给水 排水教
改性膨润土在含Cr(Ⅵ)废水处理中的应用
引 言
Ｃ （ Ｉ 具 有很 强 的毒性 和 致癌作 用 ， 易在 水 ｒＶ） 极 生植物及 鱼类 体 内富集 ， 而 通过 食 物 链进 人 人 体 进 对健康 造成危 害 。含 ｃ （ Ｉ 废 水 的来 源主 要 有 冶 ｒＶ）
金污水 、 电镀污 水 、 革 污 水 、 染废 水 及制 药 废 水 制 印
Байду номын сангаас
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环境保护中粘土矿物的应用
环境保护中粘土矿物的应用[文档副标题][日期]环境保护中粘土矿物的应用摘要：无机非金属环境矿物材料基于其不同的性能广泛用于空气污染处理、废水处理和固体废弃物处理的环境治理，并在节能保温材料方面、在降噪隔声方面、在无形磁波污染控制方面、在自然灾害防治方面、在太阳能材料应用方面、在传动系统减震方面、在新型抗菌材料方面、在人体健康材料方面等都将起到重要作用。
1.粘土矿物材料的研究现状人类社会的发展史就是人们利用矿物材料的文明史。
随着科学技术的发展和工业化程度的不断提高，许多金属材料的性能已不能适应高强、高速、高温、轻质、绝缘、耐腐蚀等方面的要求，因而非金属矿物材料的发展十分迅速，如美国汽车工业中轿车钢铁构件已由占81%降为61%，采用由非金属材料制成的构件大大减轻了车重，节约了钢材；发达国家一些原来从事钢铁、造船等行业的研究已转向新型材料及新型陶瓷的研究。
同时，伴随着矿物材料的深加工技术的发展，矿物材料的利用价值和应用领域不断提高，如散装膨润土30美元/吨，而有机膨润土2400-3600美元/吨；重晶石散装未碎者40美元/吨，而药物级达2560美元/吨；石墨原矿500美元/吨，石墨密封材料7000美元/吨，而石墨乳10000美元/吨。
近年来无机非金属矿物材料在环境保护中的应用不断加强，使矿物材料成为治理、修复环境污染的环境材料。
新型材料是发展高新技术产业的重要支柱之一,随着材料结构向多元化、功能化、智能化发展,矿物材料已成为现代材料科学的重要组成部份。
传统的或一般的矿物材料的应用是直接利用矿物(包括部分岩石)本身所具有的物理化学性质和工艺特性,而且只作为单一性能或低性能的一般材料来应用。
如陶瓷矿物材料、建筑矿物材料、化工矿物材料和冶金辅助矿物材料等,这种传统的矿物材料都是低值材料或产品,并由于其本身性能的局限性或未得以强化增强,因而在诸多领域的应用受到限制。
随着科学技术的发展,矿物材料正在向轻型、高纯、精细和复合方向发展,具有特殊功能的矿物材料已成为新型材料和应用技术研究开发的主流。
改性粘土的应用及其研究前景
酸 化 改性 粘 土 多 用 于 油 脂 的脱 色及 印 染 废 水
的净化 处理 等 。
族， 蒙皂 石族 等 。 目前 人 们 利 用 的粘 土 主 要 有 膨 润
土 、 凸棒石 以及 多种 粘 土 的混合 物 等 ¨ 。 凹 粘 土矿 物 在 环 境 保 护 方 面 的应 用 很 广 泛 ， 具有
亲油 性 。
蒙脱 石 的 有 机 物 改 性 ， 由有 机 阳 离 子 （ 用 的 常
是 ＨＤ ＭＡ， Ｔ 即十六 烷 基 三 甲基 铵 ） 与蒙 脱石 矿 物 中
的无机 阳 离 子 在 水 溶 液 中进 行 离 子 交 换 而 得 。 粘 土层 间 距可 增大 ０ ３—１３ ｍ， 间的 阳离 子 由钙 ． ．ｎ 层
１８ ｎ ．０ ｍ以 上 ， 时 表 面 酸 性 也 有 较 大 程 度 的 提 同 高 。
环境 修 复 （ 大气 、 污染 治 理 等 ） 环 境 净化 （ 如 水 、 如杀
菌、 消毒 、 分离 等 ） 环 境 替 代 （ 替 代 环 境 负荷 大 和 如 的材 料 等） 等功 能 。特别 是 在 污水 处 理 、 大气 吸 附、 过滤 脱色 等方 面 的应 用 水 平 不 断 提 高 。此 外 ， 土 粘 矿物 在 生 态 建 材 （ 具 有 保 温 、 如 隔热 、 音 、 光 等 吸 调 功 能 的建材 ） 医药 （ 杀 菌 、 、 如 消毒 类 药 剂 ） 及橡 胶 工 业 等方 面都 不 断 出现新 的应 用 技术 和 产 品 。
１２ 粘 土 的有 机 物 改 性 ．
制备 有 机粘 土矿 物 ， 常 通过 离 子交换 ， 粘土 通 把
矿物 中原有 的无 机 阳离 子置 换 出来 ， 其 成 为疏 水 使 性有 机 粘土 或粘 土 一有机 复合 体 。经 有机 改性 的粘
表面活性剂改性吸附材料在水处理中的研究进展
表面活性剂改性吸附材料在水处理中的研究进展
陈昕;田玉轩;丁宁;刘宏
【期刊名称】《化工新型材料》
【年(卷),期】2024(52)3
【摘要】表面活性剂在工业生产中扮演重要角色,近年来有诸多将表面活性剂用于改性吸附剂的应用。
通过使用表面活性剂改性,可以改变吸附剂材料表面的化学性质,从而增加对阴离子或非极性有机物的吸附能力。
介绍了表面活性剂及其改性吸附材料机理,总结了表面活性剂改性活性炭、粘土矿物、沸石、纳米材料和农业废弃物等吸附剂材料的研究,应用于包括吸附重金属离子、有机污染物和农药等,并提出关于改性可能需要关注的研究方向,有效拓展表面活性剂改性材料的应用前景。
【总页数】8页(P52-59)
【作者】陈昕;田玉轩;丁宁;刘宏
【作者单位】苏州科技大学环境科学与工程学院;北京工商大学生态环境学院【正文语种】中文
【中图分类】X703
【相关文献】
1.污泥改性吸附材料制备及其在污水处理中的应用研究
2.铈改性吸附材料去除水体中磷酸盐的研究进展
3.去除水体中PPCPs的4种改性新型吸附材料研究进展
4.改性吸附材料处理水体中砷的研究进展
5.水处理技术中无机砷吸附材料的研究进展
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改性膨润土处理油田废水实验研究
的研 究 虽然 很 多， 是 其在 处理 油 田废 水方 面 的报 道 但 并不 多见 。 改性 膨润 土如 能成功 应用 于油 田废 水 的处 理 ， 为 油 田废 水 的处理 开辟 新 的途径 。 将 本 次 实验 研 究 在 不 同条件 下按 不 同配 比制 得 的
去除效果。结果表明：改性膨润土对油田废水ＣＤ 的去除效率有显著提 高，最高可达６．２ Ｏ ５ ３ ％。为膨润土的改 性及 其在 油 田废 水处理 中的应用提 供 了参 考依 据 。
关键 词 油 田废 水 膨 润土 改性 实验 研 究
０ 引 言
水 环 境 保 护 是 当今 生态 环 境 保 护 的一 个 重要 课 题 。随着我 国水 资源 紧缺 现象 的 日益严 峻 ，油 田废 水 的处 理 问题 也越 来越 受到 人们 的重 视 。 田废水 是含 油 有多种 污 染物 的废水 ， 直接 或不 达标外 排后 将会对 生 态 环境 造成 严重 污染 。目前 ，对其 处理 的主 要方法 有 生物处 理 、混凝 沉淀 、电化学 法等 ，但 这些 方法 的应
另一 种 为离子 交换法 。 者主 要适 合用 于 Ｍ 、ｚ 、 前 ｎ Ｎ 等 的 水 化 离 子 来 交 联 柱 撑 膨 润 土 ； 后 者 适 用 于 Ａ 、Ｆ ｒ 、Ｔ 的水化 离 子来柱 撑膨 润 土 ，这 ｅ 、ｃ ｉ 等 些 离子在 碱 中容 易沉 淀 ｍ。
—
成 本低 、 比表面 大 、微孔 量 高和 表面酸 性 强等特 性 ，
作 为催 化剂 、吸 附剂应 用于 石油 化 工与 环境 保护 领域
已有不 少报 道 。
ｘ ）Ｓ （ ） 【 Ｍ 。 ［ｉ 。 Ｏ ３ ｇ。 ０］ Ｈ ） 。
粘土矿物和水生植物复合修复河道废水的实验研究
粘土矿物和水生植物复合修复河道废水的实验研究沙昊雷;申屠一枝;刘超林;沈家辰;何凡【摘要】选择麦饭石、火山石、陶瓷生物环、珊瑚砂、细菌环、活性炭、吸氨沸石7种粘土矿物对模拟河道废水进行吸附脱除实验,实验结果表明,在实验条件下活性炭对TP的去除率最高,达到了59.4％;细菌环对氨氮的去除率最高,达到了56％;火山石对COD的去除率最高,为32.6％.此外,粘土矿物和水生植物的组合对废水中TP,氨氮,COD都有较好的去除效果,其中对氨氮、COD、TP的去除率分别达到了100％,80％和66％.结果表明,粘土矿物和水生植物的搭配组成人工浮岛对河道废水的处理是非常有效果和应用前景.【期刊名称】《四川环境》【年(卷),期】2018(037)005【总页数】5页(P45-49)【关键词】粘土矿物;水生植物;COD;河道废水;总磷;氨氮【作者】沙昊雷;申屠一枝;刘超林;沈家辰;何凡【作者单位】浙江万里学院生物与环境学院,浙江宁波315100;浙江万里学院生物与环境学院,浙江宁波315100;浙江万里学院生物与环境学院,浙江宁波315100;浙江万里学院生物与环境学院,浙江宁波315100;浙江万里学院生物与环境学院,浙江宁波315100【正文语种】中文【中图分类】X703.11 前言随着全球城市化和工业化的加速，大量污废水排入河流，对自然河道水体产生了严重的污染[1～3]。
我国在城市化、工业化和城乡一体化的快速进程中也带来了一些环境问题，企业无序扩张，人口大量集聚，企业违规乱排和餐饮服务行业管理不规范等现象严重，随意将工业废水和生活污水排入河流，油脂类、蛋白类、淀粉和重金属类污染物大量出现在河流之中[2～4]，最后导致河流的自净能力下降，多数河流的COD、TP、NH3-N浓度已经达不到相应的水功能区要求的限值，并逐渐引起了水环境生态的破坏。
治理和改善这些河流的污染现状已经是城市建设过程中的当务之急，相比于传统的河道治理技术清淤、换水等方式，当前应用比较广泛的是通过水生态修复模式来治理受污染的河道废水[4～8]。
改性蒙脱石在污水处理中的应用现状及进展
第50卷第3期2021年3月应用化工Applied Chemical Indust/VoO.50No.3Mae.2021改性蒙脱石在污水处理中的应用现状及进展聂发辉S吴钦S吴道S包卫彬2,张佳杰2,隆曦孜2,汪楚乔2 (1-华东交通大学土木建筑学院，江西南昌330013;2-南通华新环保科技股份有限公司，江苏南通226000)摘要:综述了近年来各种改性蒙脱石对于污染物(包括重金属离子、阳离子染料、阴离子染料、疏水性有机物等)在污水处理中的应用以及研究进展％从酸改性、热改性、有机改性、无机改性和有机-无机改性几个改性方法出发,介绍了各种吸附材料的开发以及研究，并系统地分析了其吸附机理和吸附特性，最后对基于蒙脱石改性材料的进展提出展望,简要讨论了其开发前景和研究方向，以期为后续的新型蒙脱石吸附材料的开发提供参考。
关键词:蒙脱石;吸附;污水处理;重金属离子;染料中图分类号:TQ085文献标识码：A文章编号：1671-3206(2021)03-0805-07Application status and progress of modifiedmontmorillonite in sewags treatmentNIE Fa-hui,WU Qin1,WU Dao1,BAO Wei-bin,ZHANG Jia-jie2,LONG Xi-zi2,W4NG Chu-qiao1，2(1.School of Civil Engineering and Architecture,East China Jiaotong University,Nanchang330013,China；2.Nantong Huaxin Environmental Protection Technology Co.,Ltd.,Nantong226000,China)Abstract:The application and research progress of various modified montmorilOnila for poOuWnts(including h—a metal ions,cationic dyes,anionic dyes,hydrophobic o/znics,etc.)in sewage treatment in recent years are reviewed-Sta/ing from several modi/cation methods of acid modification,thesial modOica--on,oraanic modification,inoi/onic modification and or/ani c-i noraanic modification,the development and research of various adsorption materials are introduced,and the adsorption mechanism and adso/tion are sys—m/W/ly analyzed-Characteristics,and fin/ty pul for/ard the prospects for the progress of modified materials based on montmorilOnila,b/e/y discussed its development prospects and research directions,in order to provide a reference for the subsequent development of new montmorilOnila adsorption materials-Key words:montmoril/nifa；adso/tion；sewage treatment；heave metal ions；dye由于金属离子和染料等污染物在废水中具有潜在的毒性和顽固性，它们的排放会对环境和人类健康造成潜在的危害［1］。
粘土矿物在污水处理中的应用及展望
收稿日期： 2 006 - 02-1 7 基金项目： 华东交通大学科研基金资助项目 （3041 09） 作者简介： 聂发辉 （197 7 - ） ， 男， 江西南昌人， 讲师， 从事城 市污水生态处理的研究， 现为同济大学在读博士 .
第4 期 M .S
聂发辉， 等： 粘土矿物在污水处理中的应用 及展望
［3 -7 ］ 等 本文就目前常用的各种粘 土矿物在废水处理中的研 .
�
粘土矿物在污水中的应用
生活污水 、 工业污水的不当排放造成了水资源的严重污
究和应用情况进行了系统总结和介绍 .
染. 粘土矿物在水污染治理 方面， 主要 用于化 工和生 活用水
�
�. �
粘土矿物
结构
在粘土矿物中， 硅、 铝、 氧是 其中最 主要的 元素 . 在这 些
［12］ 晖等 研制的海泡石复 合吸附剂 对磷的 去除 率可达 98% ， ［27， 28］ 较强的吸附 性能， 吸 附速 度快；谭 光 群等 研究 蛭 石对
� 容量为 5 .5 6 /� ， � � 适合条件下 � � � � 磷的去 除率接 � 近 100% .黄 瑾 C 2 + 和 C 2 + 的吸附符 合 L 吸 附等温 式， 对 P 2 + 的吸 附还存在一种沉淀机理 ； 吸附行为不仅与蛭 石有关， 还与金 属离子本 身 有 关， 蛭石 对 3 种 重 金 属 离 子 的 吸 附 顺 序 为
除率分别为 46% 和 38% .
膨润土吸附 去除水溶液中的镧 .
［10， 11］ ［26 ］ 孙家寿等 利用羟基铝交联膨 润土吸附 剂处理含 磷 郭继香等 人的研究表明： 蛭石 对重金 属离子 （如 H 、 �
� 废水， � � 一定条件下， 吸附效率达 99.7% ， 吸附容量 为 3.26 / C 、 C 、 F、 P、 N ） 的吸 附主 要是离 子交 换作 用的结 果， 具有 （以 P计） ， 而羟基 铝交联 蒙脱石 对溶液 中的磷酸 根的吸 附
粘土及改性粘土在水处理中的应用
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。
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、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。
粘土矿物吸附水体中重金属离子的研究进展
结束语
粘 土矿物对 水体 中重金 属 离来自有很 好 的吸 附性能 ，吸 附动力 学
量 明显提高 。Ｂ ｈ ａ ｔ ｔ ａ ｃ ｈ ａ ｒ ｙ ｙ ａ 等 将 高岭石 在 ５ ０ ０ ℃ 煅烧 １ ０ ｈ ，吸附水
体中 Ｆ ｅ ” 、 Ｃ ｏ 和 Ｎ ｉ 。结 果表 明 ：高 岭石 对 Ｆ ｅ ３ ＋ 、Ｃ ｏ ２ ＋ 、Ｎ ｉ ２ ＋ 的附量分别为 ６ ． ０ 、５ ． ３ 、５ ． ２ ｍｇ ／ ｇ 。Ｇｕ ｐ ｔ ａ 和 Ｂ ｈ ａ ｔ ｔ ａ ｃ ｈ ａ ｒ ｙ ｙ ａ 用 二 氯
１ 高 岭 石
高岭 石 （ 英 文名称 ｋ ａ ｏ ｌ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ， 化 学式 ： Ａ １ ［ Ｓ ｉ Ｏ （ ｏ ｝ ｛ ） ８ ） 是一 种层
藻土 对重金属离子 吸附性能 、行为、机制等 方面的研究 情况 。
状 结构 的铝硅酸 盐粘土矿 物 。Ｓ ｕ ｒ ａ ｛ 等 对高岭 石进行 了煅烧和 酸化 ５ 处理 ，考 察其对 Ｃ ｕ ２ ＋和 Ｃ ｄ ２ ＋的吸 附 。结 果表 明 ：经 ６ ０ ０ ℃煅 烧和 ２ Ｍ Ｈ Ｃ １ 酸化处理后 ，高岭石 的比表面积增加 ，对 Ｃ ｄ 、Ｃ ｕ 的吸附
机 理。
天 然粘土矿 物 由于具 有大 的 比表 面积 、特殊 的孔道 结构 、表面 ４
其它矿物
除 了上 述粘土矿 物报道较 多外 ，Ｚ ａ ｚ ｚ ｉ 等“ 研究 了 ｐ Ｈ 值对绿 泥
石吸 附 Ｎ ｉ 的影 响 ，发 现 吸附量 只 能在很 小 的 ｐ Ｈ值 范围 内增 加 。 刘霞 等 ㈣ 报 道了伊 利石在 ｐ Ｈ ＝ ２～ ６ 时对 ｃ ｄ 的吸 附率 随 ｐ Ｈ 的升 高而 增加 ，随离子 强度 的增 强而降低 。朱健 等 较详 尽地 阐述 了硅
粘土矿物类复合水处理絮凝剂的应用研究
综 述 （４ －５ ５ ￣５ ）
环境研究 与监 测
２８ ２ ０ 年１月 ０
粘 土矿 物 类 复合水 处 理 絮凝剂 的应 用研 究
汪 洋 曾德 芳
（ 武汉理工大学资源与环境工程学院 ， 湖北 武汉 ４０７） ３ ００
摘 要： 絮凝剂 的种类很多 ， 目前常用的传统 絮凝剂聚合三 氯化铝 （ Ａ 和聚丙烯 酰胺 （ ＡＭ） Ｐ Ｃ） Ｐ 等在水处理 中均易产 生二次污染 ， 而用蒙脱石 、 海泡石等天然粘 土矿物材料复合制得 的絮凝剂 ， 具有制备容易 、 污染小 、 絮凝效果好 ， 成本 低廉等优点 ， 可广泛应用 于工业废水的处理中。本 文对粘土矿物类 复合水处理絮凝剂的应用进行 了综述 ， 并对其应 用前景进行了展望． 关键词 ： 絮凝剂 ； 处理 ； 水 粘土矿物 ；
蒙脱石是 典型 的 叠层 状 铝 硅酸 盐 粘 土矿 物 ， 其 单位 晶胞是 由两层 Ｓ— Ｏ 四面体 夹 一层 Ａｌ ｉ —Ｏ八 面体 构成． 主要存在 于膨 润土 、 累托石等 层状或混 层 状粘 土矿物 中 ， 能直 接或提 纯后使 用 ． 之滑腻 、 摸 吸 水 能膨胀 ， 在机溶剂 中也表 现 出 良好 的溶 胀性 、 高分
（） １ 蒙脱 石
的好 坏往往 对后续 处理工 艺及其 质量起 着重要 的作
用 ｌ ． 目前用 于水处理 的絮 凝 剂多 为 聚铝类 絮 凝 ＿ 但 】 ］ 剂 （ ＡＣ 和聚丙 烯酰胺 （ ＡＭ） 而 这两 种 絮凝剂 均 Ｐ ） Ｐ ，
易产生二 次污染 ． ＡＣ的使用就 不可避 免地 给水 体 Ｐ 中带来相 当浓度 的铝 离子 ， 而铝 离 子通 过 生 物 富集 进 入人 体 过 多 ， 会 对 人 体 健 康 造 成 不 利 影 响． 就 Ｐ Ｍ 水 解后 产 生 少 量 丙 烯 酰胺 单 体 、 烯 酸 和 有 Ａ 丙
常见粘土矿物对氮磷的吸附及其机理研究进展
常见粘土矿物对氮磷的吸附及其机理研究进展摘要：粘土矿物是土壤和沉积物的重要固相组成，也是一种廉价易得的高效吸附材料，可以有效去除污水中的氮磷等污染物。
本文归纳总结了常见粘土矿物的结构特征，列举了常见粘土矿物脱氮除磷的效果。
并且在此基础上，阐述了粘土矿物吸附氮磷的基本机理。
以期为粘土矿物的进一步改性和利用，提供一定的参考依据，达到开发利用价廉、高效、环保的脱氮除磷矿物材料的目的，具有重要的理论实践意义。
关键词：土壤，粘土矿物，氮，磷，吸附，吸附机理中图分类号：文献标志码A在大规模现代农业发展中，肥料对农业生产总量的提升是不可或缺的，而肥料的不合理施用也会造成一系列的生态环境问题。
例如氮、磷是植物的重要营养元素，但若氮元素肥料过量使用，农作物对其吸收效率较低，停留在土壤表层中的大量氮元素，在水循环的过程中会在土壤中下层进行富集，进而汇入地下水，导致地下水污染[1]。
此外，有研究发现磷矿开采过程中也会存在一些污染现象。
就现有的磷矿加工技术来看，大量的含磷、氟、硫等多种有害物的废水排出[2]。
氮、磷的超标是导致水体恶化的两大元凶，不仅影响了水资源的开发与利用，同时也严重影响了人类和水生动植物的生命活动。
在污水治理中，吸附法因其材料原料廉价易得、方法操作简单易行等优点受到了广泛地应用，矿物就是一类高效廉价的吸附剂[3]。
近年来人们研究既能去除水体中的氮、磷，又可将其回收用作肥料的脱氮、脱磷方法，因此，吸附法脱氮除磷是受人们关注的方法。
土壤固相部分的95%以上均由土壤矿物组成。
土壤和沉积物能通过稀释、扩散、挥发、氧化还原等作用方式在一定程度上实现自净，吸附是最常见的一种自净作用。
粘土矿物等典型土壤矿物因其结构的特殊而具有较强的吸附能力，在土壤自净过程中发挥着极其重要的作用[4]，因而具有一定的环境意义。
本文主要综述了常见的几种土壤粘土矿物的结构特征，讨论了粘土矿物对氮磷废水的吸附特征，以及粘土矿物改性方法和改性效果，并分析探讨了粘土矿物及其改性产物吸附氮磷的吸附机理。
层状硅酸盐矿物在印染废水处理中的应用
成 的结构单 元层为 ２１型 ． ： 如蒙脱 石 、 坡缕 石 、 海泡 石等 。蒙
脱 石的 四面体 中的 Ｓ ＋ 被 Ａ 代 ．八面 体 中的 Ａ ｉ可 ４ ｌ取 ｌ 可被 Ｍ 、 ｅ Ｆ 、ｎ＋Ｎ ２ Ｆ 、ｅ Ｚ ２、 ｉ等取 代 ，结果 导致 层 内电荷不 平衡 。 ＋
前 ． 于 印 染 废 水 的 脱 色 及 去 除 有 机 污 染 物 较 为 有 效 的 方 法 对
可能形成 三元配合物 离子交换 位 ． 状硅酸盐 矿物 的类质 层 同象置 换可 产生结 构 电荷 它 与介吸 附剂活性炭 具有 良好 的吸附性 能 ， 但吸 附选择性差 ， 附再生 困难 ， 脱 运行 费用高 ， 限制 了吸 附法在印
Ａ— ｌＯ八 面体片彼此 连结组 成结 构层 由一个 四面体 片和一 个八 面 体组 成 的结构 单元 层 为 １１ ． ： 型 如高 岭 石 ． 构层 通 结 过氢键 和范德 华力联结 由 ２个 四面体 片夹 １个八 面体片组
料 的去除率超 过 ９ ％。动力 学研究表 明 ． ０ 钙基 膨润土对 刚果
程 中 被 排 放 到 环 境 中 印 染 废 水 主 要 是 由 染 整 工 序 中 排 出 的 助 剂 、 料 、 料 等 组 成 ， 中 造 成 印染 废 水 色 度 深 的 是 排 放 染 浆 其 出 约 １％～ ０ ０ ２ ％的 染 料 。 具 有 一 定 的 毒 性 废 水 中 的 染 料 能 并
这 些 电 荷 不 平 衡 主 要 由 层 间 填 充 的 阳离 子 来 补 偿 些 层 间 这 阳 离 子 是 可 交 换 的 。坡 缕 石 是 一 种 含 水 、 镁 和 铝 的 硅 酸 盐 富
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收稿日期:2011-03-28作者简介:闫会征(1978-),女,天津人,硕士,讲师,工程师,主要从事无机化工研究及教学工作。
改性黏土矿物在废水处理中的应用研究进展闫会征,刘 菊,刘继华(天津渤海职业技术学院海洋化工系,天津300402)摘要:简述了近5年来国内学者研究较多的膨润土、凹凸棒土、硅藻土、海泡石等4种黏土矿物改性后在废水处理中的应用研究现状,并对其今后潜在研究前景进行了讨论。
关键词:改性黏土矿物 废水处理 应用研究中图分类号:X78 文献标识码:A 文章编号:1006-7906(2011)03-0030-03Research progress of the a pplication of mod ified clay mineral in wa stewater treatmentYA N H uiz heng ,LI U J u,LI U J ihua(T ianjin Bohai V ocational T echnical Colleg e,T ianjin 300402,China)Abstract:T he domestic research situat ion of the application o f mo dified clay mineral in wastew ater tr eat ment in recent fiv e years is summar ized.T he mo dified clay includes modified bentonite,modified attapulgit e,mo dified diatomite and modified sepi o lite.T heir fut ur e development is also discussed.Key words:M odified clay m iner al;Wastew ater tr eatment;Resea rch of applicatio n黏土矿物是以含铝、镁等元素为主的一类硅酸盐矿物,因其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,且储量大、价格低、对环境无污染,是废水处理较为理想的吸附剂之一。
经过酸法、离子交换法等改性的黏土,可以提高表面活性,增强对废水中污物的吸附能力[1]。
本文就改性黏土吸附剂在废水处理中的研究进展进行综述。
1 改性膨润土在废水处理中的应用天然膨润土的表面硅氧结构具有较强的亲水性,并且层间存在大量可交换性阳离子的水解作用,使其表面通常存在一层薄水膜,因而吸附和离子交换只能在表面空隙进行,不能对疏水性有机污染物进行有效的吸附,且被吸附的重金属易解析,难以从水体中彻底去除,因此限制了其在废水处理中的应用[2]。
近年来,通过酸、偶联剂、有机物、无机盐等进行改性的膨润土对污染物的吸附能力和离子交换性能比天然膨润土有所提高。
白晓琳等以镁铝双金属离子低聚物为交联剂,按1 1比例将AlCl 3 6H 2O 溶液和M gSO 4溶液混合后加入NaOH 溶液至pH =4,将该混合溶液在80 老化24h,制得交联剂[3]。
再将交联剂加入悬浊的膨润土溶液中,经静置、过滤、烘干,制得复合交联膨润土。
研究表明,镁铝交联膨润土对废水中Zn 2+去除率高达99%以上。
而天然膨润土对废水中Zn 2+去除率仅77.69%。
可见镁铝交联膨润土是一种高效的Zn2+吸附剂。
潘嘉芬等用某厂生产的天然钙基膨润土和改性膨润土对模拟含Pb 2+,Ni 2+,Cd 2+的废水分别进行了试验研究[4]。
结果表明,天然钙基膨润土和改性膨润土对废水中的Pb 2+,Ni 2+,Cd 2+有较高的去除率,可作为重金属离子Pb 2+,Ni 2+,Cd 2+的吸附剂使用。
实验表明,1g 天然钙基膨润土对Pb 2+,N i 2+,Cd2+的最大吸附量分别为63.6,3.6,4.5mg ,吸附率分别为97%,96%,98%。
经400 高温加热改性后的膨润土对Pb 2+,N i 2+的吸附率分别较原土提高了2%和3%。
改性膨润土处理废水不但具有膨润土的诸多优点,且具有更高的吸附性能,能更快更彻底地去除水中多种无机及有机污染物,起到净化水质的作用。
因此,改性膨润土在废水处理中具有广阔的应用前景。
2 改性硅藻土在废水处理中的应用硅藻土是一种水合M g ,A l 和Si 的黏土矿,其主要成分为非晶质的SiO 2,还有Al 2O 3,Fe 2O 3,第32卷第3期2011年6月化学工业与工程技术J o ur nal o f Chemical I ndus try &Eng ineer ing V ol 32N o.3Jun.,2011闫会征等改性黏土矿物在废水处理中的应用研究进展Mg O及一定的有机质。
硅藻土具有独特的硅藻壳体结构,吸附性强、比表面积大、孔隙度高,对污水有极好的净化效果。
工业废水中的胶体颗粒大多带负电,因此用普通硅藻土作为污水处理剂,处理效果不佳。
采用改性后的硅藻土不仅保持了传统工艺的优点,还具有沉渣可彻底取走并回收利用的特殊优点[5]。
硅藻土的改性方法有:(1)用铝、铁等带正电荷的离子对其进行表面改性;(2)加入其他絮凝剂复合制成改性硅藻土;(3)对其进行酸化、碱化、灼烧等处理。
刘景华等采用硫酸及微波辐射对硅藻土进行活化改性[6],并用于处理生活污水。
结果表明,采用2 mol/L浓度的硫酸活化硅藻土9h,并用微波活化15 min,可达到较佳活化效果。
用改性后的硅藻土处理生活污水(硫化物质量浓度约75mg/L,COD质量浓度约670mg/L),可使硫化物去除87%,COD质量浓度下降约82%,水质达到国家污水排放一级标准。
张艳丽采用NaOH改性并高温活化后的硅藻土对含氟废水进行处理[7]。
研究表明,采用10% NaOH溶液浸泡硅藻土3h,再于500 下高温活化3h改性,室温条件下,改性硅藻土对废水中氟离子的去除效果明显优于原土。
采用100m g/L硅藻土用量,改性后的硅藻土可在60m in内达到97%以上的除氟率,处理后的废水中氟离子浓度达到国家污水排放标准;而原土只有50%左右的除氟率。
溶液的酸碱性对改性硅藻土废水处理有较大影响,当溶液为酸性时去除效果较差,强碱性溶液也不利于去除氟离子,pH值约为9时去除效果最佳。
硅藻土及改性硅藻土污泥的回收利用空间大,且稳定性好,经适当的处理,可回用到农业、废水处理或建材等领域。
但因改性硅藻土废水处理还是一项较新的技术,各方面还不完善,还需加强理论和实际工程应用上的进一步研究和探索。
3 改性凹凸棒土在废水处理中的应用凹凸棒土是一种富镁硅酸盐黏土矿物,晶体结构属硅酸盐的双链结构(角闪石)和层状结构(云母类)的过渡型,为2 1型黏土矿物。
由于它具有独特的链式结构,因而具有不同寻常的吸附性能,表面积大、吸附脱色能力强。
通过物理或化学处理改性后的凹凸棒土比表面积更大,吸附性能更强,成为工业废水处理的新材料[8]。
李瑜等以季铵盐为改性剂,对凹凸棒土进行改性反应,并用于处理含油废水[9]。
结果表明,改性剂十六烷基三甲基溴化铵用量6%、改性温度80 、改性时间90min时,改性凹凸棒土除油及废物效果最佳,COD去除率可达98.40%。
研究还发现季铵盐表面活性剂相对分子量越大,有机改性凹凸棒土的除油能力越强。
胡涛等利用热处理方法对凹凸棒土进行改性[10],用于印染废水的吸附脱色和降低COD性能的研究。
采用420 高温改性后的凹凸棒土吸附脱色能力最强,当印染废水的pH值在8.5~9.5时,改性凹凸棒土投入量为10~15g/L,吸附60~90 m in后印染废水的COD去除率可达80%,脱色率可达98%。
处理后的废水达到国家排放标准。
4 改性海泡石在废水处理中的应用海泡石的吸附能力与其比表面积成正比,但由于天然海泡石存在表面酸性弱、通道小等缺陷,可通过酸浸或加热以除去结构中的镁和孔隙中的水,增加内表面积;还可通过离子交换的形式对海泡石进行改性,使其结构中的镁离子或硅离子被其他离子替代,提高对氨氮的吸附性能。
李魁伟等探讨了海泡石经高温处理和酸处理后对造纸废水的吸附性能变化[11],实验表明,采用250 活化2.5h,可明显提高吸附性能,对废水COD去除率可达80%。
实验也研究了用7%的硫酸处理3 h来改性海泡石,发现对造纸废水的COD去除率可达90%。
说明高温处理和酸处理能很大程度上提高海泡石的吸附性能。
5 总结与展望a)我国黏土矿物资源丰富,废水处理技术的应用为我国丰富的黏土矿物资源开辟了广阔的市场,具有广阔的发展前景。
我国对改性黏土的开发应用总体水平还不高,应加大研发力度,加快科研成果向生产实践的转化。
b)加强对重金属和有机物复合污染物的吸附处理研究,对于改性黏土在重金属废水中的应用有理论指导意义。
c)将改性黏土吸附剂和其他废水处理技术联用进一步提高污染物的去除率,并针对性地应用于一些特殊废水的处理,是今后的研究课题之一。
参考文献:[1] 秦文淑.改性黏土的应用及其研究前景[J].广东轻工职业技术学院学报,2007,6(4):13-15.[2] 陈培榕,吴耀国,刘保超.膨润土的改性及其在重金属吸附中的研究进展[J].化工进展,2009,28(9):1647-1649.31收稿日期:2010-12-29作者简介:纪逸之(1976-),男,江苏无锡人,学士,工程师,主要从事环境工程水处理工作。
E mai l:jiyizh i@化工环保曝气生物滤池工艺在毛纺印染废水升级提标改造中的应用纪逸之(无锡市政设计研究院有限公司,江苏无锡214072)摘要:介绍了曝气生物滤池(BA F)工艺在太湖地区毛纺印染废水升级提标改造中的应用,设计处理规模为3000m 3/d 。
实践证明,通过该工艺改造后,毛纺印染废水出水水质达到 太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值 (DB32/T 1072 2007)的要求。
关键词:曝气生物滤池 印染废水 提标改造中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:1006-7906(2011)03-0032-03Modification treatment of printing and dyeing wastewater from woolen mill with biological aerated filter processJ I Y iz hi(W uxi M unicipal Design Institute Co.,L td,Wux i 214072,China)Abstract:T he modificatio n t reatment of printing and dying w astew ater from wo olen mill with biolog ical aer ated filter (BA F)pr ocess is described.T he design treatment capacity is 3000m 3per da y.T he r esults show that the wastew ater can reach the D ischar ge Standar d o f M ain Water Po llutants for M unicipal Wastew ater T reatment Plant &Key Industries of T a ihu Ar ea (DB32/T 1072-2007)aft er the treatment.Key words:Bio lo gical aerated filt er (BA F);P rinting and dy eing w astewater ;M o dification tr eatment无锡协新集团有限公司是我国历史上最早的精纺面料生产企业,1989年被国务院确定为首批、毛纺行业唯一的国家一级企业。