1、改性膨润土在废水处理中的应用 刘艳（华南师范大学化学与环境科学学院）摘要：本文介绍了膨润土的吸附原理，简介了膨润土的几种的改性方法及改性膨润土在废水处理中的应用，并探讨了影响膨润土吸附效果的几个因素。关键词：膨润土 吸附作用 废水处理1 前言 膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的粘土, 分布广 , 储量大, 是我国的优势矿种。膨润土在水处理中的应用可追溯到20 世纪 30 年代。1934 年Smith 1发现蒙脱石能从水中吸收有机阳离子。60 年代膨润土逐渐用来吸附处理水中的有机物 2。80 年代以来,膨润土在环保中的应用取得了较大进展,。其中, 用于废水处理的研究报道最多, 如用于处理味精废水、
2、印染废水、煤气洗涤废水、造纸废水、含有机物废水等。将膨润土用于处理含重金属离子废水的研究相对较晚, 但进展很快。近十多年来不断有新的研究成果发表。本文就（改性）膨润土吸附重金属离子的机理、影响因素和目前研究存在问题作一些探讨。2 膨润土的基本性能及对重金属离子的吸附机理膨润土的特性取决于蒙脱石特有的结构,组成（Na,Ca） 0.33(Al,Mg)2Si4O10(OH)2.H2O，其理论化学成分为SiO 266.72%,Al2O328.53%,H2O5%。蒙脱石是2 1型粘土矿物, 为铝或镁的硅酸盐 3。其晶体是由两层Si-O 4 四面体夹一层Al-O 6 八面体组成基本结构的单元层, 层与层之
3、间存在着层间物质, 包括阳离子、水分子、羟基和水络合物等。 晶层负电性主要通过静电引力吸附的K + 、Na + 、Ca 2+ 等层间阳离子来平衡,这些层间阳离子具有可交换性。另外, 蒙脱石晶体边缘破键, 在pH 7 时端面带负电荷, 也可吸附少量阳离子。 因而能吸附水中带正电荷的离子和微粒。此外, 蒙脱石矿物晶粒细小, 具有较大比表面积, 因此还可通过范德华力或化学键作用吸附溶液中某些溶质。蒙脱石较高的阳离子交换容量(CEC)（80-120 meq/100g）和良好的吸附性能为膨润土及改性膨润土在废水处理中的应用奠定了良好的基础。根据蒙脱石层间交换阳离子的种类和含量, 将天然产出的膨润土分为钠
4、基膨润土、钙基膨润土、镁基膨润土和铝氢基膨润土四种类型，常见为钙型和钠型。蒙脱石与水中重金属离子的交换反应原理可简单表示为:M X+ + Y+ = M Y+ + X+ (1)式中M 为蒙脱石, X + 为蒙脱石层间阳离子,Y + 为水体或环境中的阳离子。离子交换是同电性离子之间的等电量的交换作用, 属化学计量反应, 符合质量守恒定律, 交换和吸附是可逆的。一般来说, 加大代换阳离子浓度即可提高交换量。阳离子电价和水化能越高代换性能越大, 被代换性也就越差。几种常见阳离子在浓度相同条件下交换能力顺序为: Li + 7 时端面带负电荷, 因此碱性条件有利于通过端面电荷吸附少量金属阳离子。碱性环境下
5、重金属离子还容易与溶液中多余的HO - 离子形成难溶氢氧化物沉淀。5.4 吸附时间的影响膨润土对重金属离子的吸附速度在前15 分钟进行的很快, 随后吸附速度减慢, 一般在30 分钟内吸附作用基本达到平衡, 吸附率可达95 %以上。5.5 粒度的影响随着膨润土粒度的减小, 端面破键增多, 阳离子交换能力略有增加。同时, 粒度减小, 比表面积增大, 物理吸附也明显增强。总的结果是随粒度减小, 吸附量增加。不同产地膨润土粒度对吸附性能的影响程度不同, 粒度从120 目减小到200 目, 对重金属离子吸附量一般增加1025 % , 少数情况下可增加50 %以上。5.6 膨润土对不同金属离子的吸附粘土矿
6、物对重金属离子的吸附选择性受矿物的层电荷分布、重金属离子的水化热、电价、离子半径、有效离子半径等因素控制。蒙脱石对几种重金属离子的选择性吸附顺序为: Cr 3+ Cu2+ Zn2+ Cd2+ Pb2+ 。根据Sverjensky 和Sahai 等的经验公式, 得到Cr 3 + 、Cu 2 + 、Zn 2 + 、Cd 2 + 、Pb 2 + 五种重金属离子的有效水合离子半径依次为: Cr 3 + Cu2 + Zn2 + Cd2 + Pb2 + 。在离子交换反应中, 离子的电价越高, 半径越小, 越易发生交换反应。在Cr 3 + 、Cu 2 + 、Zn 2 + 、Cd 2 + 、Pb 2 + 五种
7、离子中, Cr 3 + 的电价最高, 有效水合离子半径最小, 最易置换蒙脱石中Na + 、Ca 2 + 等阳离子。蒙脱石对Cr 3 + 、Cu 2 + 、Zn 2 + 、Cd 2 + 、Pb 2 + 五种重金属离子的吸附容量依次为(mmol/ kg) : 58.75 , 34.61 , 28.70 , 19.41和10.82 10。6 结语目前关于膨润土对重金属离子的吸附多限于对模拟废水的实验研究, 而对实际废水中重金属离子的吸附应用研究较少。虽然经过某些方法处理后膨润土的吸附性能会有所改善, 但往往增加了成本, 对于废水处理来说, 经济成本是首先要考虑的因素。只有使膨润土的吸附性能得到大大改
8、善的方法, 才可能用于实际废水的处理中。但总体上来说膨润土由于其特殊结构而具有良好的吸附和离子交换性能及其低廉的价格和丰富的储量，在废水处理领域表现出广阔的应用前景。目前对膨润土吸附剂的研究多限于实验室范围。廉价、高效粘土吸附剂产品的开发和工业化生产以及吸附剂在废水处理中的工业化应用应引起重视。参考文献1 Harper , M. , Purnell , C. , Environ. Sci. Technol. , 24 , 55(1990) .2 朱利中, 陈宝梁. 有机膨润土在废水处理中的应用及其进展J . 环境科学进展, 1998 (3) : 53 - 61.3 王红梅，郑振晖，李倩.膨润土
9、及改性膨润土在废水中的应用.山东化学，2005：20-224 李虎杰. 膨润土对重金属离子的吸附作用.中国矿业，2005（2）：44-465 刘力章，马少键.废水处理用膨润土改性方法综述.有色矿冶，2005（7）110-1126 刘博林，闫景辉，惠博然.改性膨润土吸附重金属离子.长春理工大学学报，2005（3）：84-867 楼文斌.改性膨润土对有机染料脱色性能研究.宁波工程学院学报，2005（2）8 王红梅，郑振晖.新型吸附剂在染料废水处理中的应用.浙江化工，2005（7）9 胡巧开.改性膨润土对黄磷废水的深度处理.中国矿业，2005（5）10 李虎杰. 膨润土对重金属离子的吸附作用.中国矿业，2005（2）：44-46
