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改性膨润土在水处理中的应用(一)
来源:选矿技术网2017-04-129857
   1 膨润土及改性膨润土
    1.1 膨润土的结构和分类
    膨润土是一种以蒙脱石为主要矿物的粘土岩,而蒙脱石是含水的层状铝硅酸盐矿物,由两个硅氧四面体层中间夹一个铝(镁)氧(氢氧)八面体层组成,属于2:1型的三层粘土矿物,在粘土矿物形成过程中,常会发生同晶替代作用,晶体结构层间存在过剩负电荷,能以静电吸附阳离子保持电中性。此外,膨润土具有很大的表面积,巨大的表面积伴随着巨大的表面能,使其具有巨大的吸附能力。依据蒙脱石层间阳离子的比例关系可将膨润土分为钠基、钙基、镁基和铝基膨润土。其中钙基膨润土储量最大,约占总储量的70%~80%。
    1.2 膨润土的改性
    天然膨润土中由于表面硅氧结构具有极强的亲水性和层间大量可交换性阳离子的水解,使其表面通常存在一层薄的水膜,而不能有效地吸附疏水性有机污染物,限制了在水处理领域的应用。因此,对天然膨润土的改性受到了广泛的重视。通过酸、氧化剂、无机盐等无机物对膨润土进行改性,可明显改善其对有机污染物的吸附性和离子交换性能。目前,在水处理领域应用较多的改性膨润土包括:活化膨润土、有机膨润土、交联膨润土以及有机交联膨润土。
    1.3 改性膨润土的吸附机理
    1.3.1 交换吸附
    吸附质离子由于静电引力作用聚集到膨润土表面上,同时膨润土释放等当量层间可交换性阳离子,完成吸附过程,吸附结合力为离子键。对有机离子吸附质,大分子比小分子更易被吸附,因为有机大离子与蒙脱石作用时不仅阳离子交换起作用,范德华力也起相当大作用,离子越大,范德华力越大,被吸附也越多。
    1.3.2 物理吸附
    由于废水中的吸附质与膨润土吸附剂间的分子引力作用,废水中待处理污染物被吸附。物理吸附在低温下就能进行,但由于吸附质与吸附剂作用力主要是范德华力,所以吸附选择性不强。一般说来,实际的废水吸附处理中往往是两种吸附机理综合作用,只有在特定废水处理中可能某种是主要的。
    2 改性膨润土在水处理中的应用
    2.1 处理有机废水
    改性膨润土吸附剂可用来处理各类有机废水,可吸附非极性有机物、极性有机物以及各类有毒和难生物降解有机物。吴平宵等用有机交联膨润土处理苯酚废水,发现pH值为10时,室温下以120r/min的速度振荡30min后,水中苯酚的去除率可高达95%以上,比相应的有机膨润土和交联膨润土的吸附去除率有明显提高。吴平宵等还研究了有机交联膨润土的循环再吸附,其研究表明吸附了苯酚的有机交联膨润土能通过500℃灼烧再生。孙家寿等则用有机交联膨润土处理造纸废液。当pH值为4.5,用量为24g/L时,常温处理60min后,对COD的吸附效率达61.5%,吸附容量为549.3mgCOD/g。朱利中等用季铵盐类表面活性剂改性膨润土处理含苯系物、酚类、硝基苯类、苯胺类、多环芳烃等非离子性有机物的模拟废水,认为:(1)有机膨润土层间距和对有机物的吸附量随改性时所用表面活性剂碳链的增长而增大。(2)改性时表面活性剂加入量低于阳离子交换容量(CEC)时,有机膨润土的层间距和对有机污染物的吸附量随加入量的增加而增加;当加入量超过CEC时,层间距、吸附量一般将不再增加。(3)吸附作用主要取决于有机阳离子大小和膨润土的CEC。
    国外Smith等研究了长、短两类季铵盐改性的膨润土对水中有机物的吸附分配性质,前者为线性的,后者是非线性的;Smith等还研究了单阳离子、双阳离子改性的膨润土吸附有机污染物的性能。另外,美国ETVerture公司利用胺类聚合物,使膨润土离子表面从亲水性改良成亲油性,生成易溶解烃类的粘土矿物,再结合活性炭,对Tensleep油层的产出水进行处理,能迅速而有效地脱除水中的烃类化合物。
    2.2 去除重金属离子
    重金属离子废水主要来源于金属矿山、冶炼、电解、电镀等工业。重金属离子可在水生生物中富集,通过食物链危害人体健康。吸附法是处理含重金属离子废水的一种很有前途的方法。它不仅可以降低水中重金属离子浓度,还有利于回收其中贵重的重金属。膨润土具有较大的比表面积及离子交换容量,吸附性能好,对废水中重金属离子的吸附有着特殊功效。有关研究表明:膨润土对重金属离子有一定的吸附能力,通过膨润土的改性可显著提高其对重金属离子的去除能力。金辉等对钠基膨润土吸附废水中Hg2+的可能性和吸附效果进行了探讨。结果表明:利用钠基膨润土作为吸附剂,用吸附混凝法处理含汞废水有较高的应用价值。膨润土吸附絮凝法
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