黏土及其改性物質的應用

時間：2023-03-24 15:22:33來源：food欄目：食品快速檢測閱讀：

黏土及其改性物質的應用

[db:作者] / 2023-01-03 00:00

[應用]黏土及其改性物質主要應用于染料廢水、重金屬廢水、垃圾滲濾液、苯酚廢水等的處理。

天然黏土礦物材料具有較大的比表面積和離子交換容量，吸附性能良好，對廢水中陽離子尤其是重金屬離子的吸附處理有著特殊的功效。黏土礦物對重金屬離子具有超強的吸附能力，歸因于其本身的3個特性，即表面荷電性、結構通道和高的比表面積。黏土礦物的吸附作用包括選擇性吸附和非選擇性吸附。非選擇性吸附屬于靜電作用，受黏土礦物所帶的永久電荷量控制；選擇性吸附屬于化學吸附，受可變電荷表面的電量控制。由于黏土礦物(如坡縷石、海泡石等)中的結構通道和高的比表面積(如蛭石為700m2/g等)，因而具有高效吸附性。

蛭石對重金屬離子的吸附實驗表明，pH<4.0的酸性環境不利于吸附，pH>4.0的弱酸性至堿性條件下吸附效果好，對金屬離子Pb2+、Cu2+、Cd2+的吸附順序為Pb2+>Cu2+>Cd2+，用于處理電鍍廠的含銅廢水，Cu2+去除率在90%以上。累托石處理含Cr6+電鍍廢水的最佳條件為：累托石用量2g/L，攪拌吸附時間30min，在此條件下，其吸附效率可達99.89%，處理水的Cr6+濃度由294.8mg/L降低到0.3mg/L，低于《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)。高嶺石吸附Cu2+的吸附量隨pH升高而增加，在pH2.5～4范圍內，吸附量的增加非常緩慢，而在pH4～5.5范圍內，吸附量迅速升高。膨潤土、海泡石、凹凸棒石對Cd2+的吸附量的大小順序:凹凸棒石>鈉基膨潤土>海泡石，隨pH值的增大，黏土礦物對Cd2+的吸附量總體上在增大。何宏平進行了蒙脫石、伊利石、高嶺石對Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Cr3+五種重金屬離子的競爭吸附實驗研究，蒙脫石對Cr3+、Cu2+有很好的選擇性，高嶺石和伊利石對Cr3+、Pb2+有較好的親和力。此外黏土礦物對重金屬離子的吸附選擇性受礦物的層電荷分布、重金屬離子的水化熱、電價、離子半徑、有效離子半徑等因素控制。

黏土對鈾有較好的吸附作用。在廢水pH值為5.0、廢水中鈾初始質量濃度為20mg/L、黏土加入量為5g/L的條件下，振蕩吸附1h后的吸附率達75.4%。廢水中鈾初始質量濃度與鈾的吸附率成反比，與鈾的吸附量成正比。黏土粒徑越小，對鈾的吸附量越大，粒徑為0.20mm時的吸附量最高(3.24mg/g)。黏土對鈾的吸附符合Freundlich和Langmuir吸附等溫式，飽和吸附量達18.25mg/g;黏土對鈾的吸附過程用Ho準二級反應動力學方程描述更合適。

吳平霄等研究了農藥在蒙脫石層間的吸附類型，認為有以下幾種。

①分子吸附模式氨基三唑以分子的形式吸附于蒙脫石層間域中，它與極化分子不同，不能置換層間陽離子、水滑層中的水分子，從而導致了層間距的增大，這種中性分子也是容易被淋洗出層間域的。

②氫鍵吸附模式由于發現A1-蒙脫石吸附阿特拉津(Atrazine)的量比Ca蒙脫石高很多，認為Atrazine環上高電負性N與可交換水合陽離子的質子之間的氫鍵作用是蒙脫石吸附Atrazine的原因。

③不可逆交換吸附模式有機農藥直接從蒙脫石層間提取可交換陽離子，并與這些提取的陽離子絡合形成不溶性的化合物沉淀在蒙脫石外表面。

④質子吸附模式有機農藥吸附到蒙脫石層間時是否發生質子化過程取決于層間陽離子有沒有能力從有機農藥分子上捕獲到電子，Al-蒙脫石和Fe-蒙脫石既可發生質子化過程，也可不發生，而Ca-蒙脫石、Na-蒙脫石、K-蒙脫石一般不發生質子化過程。

⑤吸附分解模式Al3+和Fe2+極化水的較強酸性，使有機農藥結構中某些基團(如含烯烴基，醇基，羥基，酯基等)的親電性、鍵的強度發生變化，從而使吸附的有機分子發生分解。

孫家壽等在含氰電鍍廢水中加入FS01試劑后用累托石吸附CN-的試驗中，發現在試驗條件下，CN-可由27.2mg/L降為0.014mg/L，Cr8+由28.56mg/L降為0.16mg/L，其吸附能力與活性炭吸附能力相當。動態試驗表明，處理后的廢液不僅含Cr6+濃度低，而且顏色幾乎透明。

用經聚丙烯腈接枝后皂化的凹凸棒黏土吸附Pb2+，結果見表4-9。

表4-9 經聚丙烯腈接枝后皂化的凹凸棒黏土吸附Pb2+效果

由表4-9可知，接枝后的凹土對Pb2+的去除率和吸附量都有明顯的提高，這可能是由于皂化后的羧基和酰氨基與Pb2+發生了強的鰲合作用。吸附實驗中測量pH值大約為8.0，在此pH值范圍內羧基部分水解形成COO-有利于對金屬離子的螯合。同時酰胺中的氮也具有強的與金屬離子配位的能力，可形成一元或二元配合物。由接枝產物這種獨特的分子組成，可推斷其對其他的重金屬離子同樣有良好的吸附作用。接枝的高分子長鏈具有的吸附架橋作用，使其絮凝能力也有所提高，這可通過在離心分離的過程中接枝后的凹土所需的離心力(3000r/min)明顯小于未改性的凹土(5000r/min)來證實。

采用熱活化結合微波有機改性凹凸棒石黏土(凹土)，其對苯酚吸附的最佳工藝條件為：在100mL 0.01mol/L的苯酚溶液中加入2g改性凹土，用SHZ-82A型恒溫振蕩搖床進行吸附實驗，在溫度為25℃、振蕩時間為25min、轉速為120r/min、pH=2的條件下進行反應，苯酚去除率為可達99.76%。

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