文献综述
2020-03-03 06:16:06 来源：范文大全收藏下载本文
1.膨润土的现状概述
蒙脱石是膨润土的主要组成部分，膨润土的各种优良性能，主要是由蒙脱石的特征而产生。膨润土广泛应用于化工、石油、食品、交通、医药、造纸、能源、军工等行业。
近年来，国内外有关膨润土在环保中的应用研究越来越广泛，在我国已开始重视这种廉价、新颖的环保材料的开发研究。用这种新材料降低污水处理费用的工作受到重视，已取得了显著的进展，例如在重金属的废水处理、燃料工业废水处理等方面。据有关资料，全国有26个省（自治区）有膨润土矿床（点），资源量达75亿吨以上，其中探明储量B+C+D级储量23亿吨，跃居世界之首。大型以上矿床12个储量达1816亿吨，约占总储量的80%以上。并且我国膨润土矿产质优量大，种类齐全，除钙、钠基膨润土储量丰富，分布广泛外，还产有氢（铝）基膨润土，镁基膨润土。随着工农业的发展, 膨润土在各个领域的应用日趋广泛，我国储量丰富的膨润土矿将在环境保护中发挥更大的作用。
1.1膨润土的改性
天然膨润土中的表面硅氧结构具有极强的亲水性及其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，从而不能有效地吸附疏水性有机污染物，限制了其在环境污染治理领域的应用，因此，对天然膨润土的改性受到广泛的重视。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，在环境污染治理领域应用较多的改性膨润土有：活化膨润土、有机膨润土、交联膨润土以及有机交联膨润土。
2.膨润土的作用机理
SiO2四面体片和一层Al2O八面体片形成的蒙脱石是单位晶胞由两层SO2-
4、
2∶1型层状粘土矿物。其化学组成变化比较复杂,尤其是Si-O四面体的Si可被Al3+代替，Al-O八面体中的Al3+可被Mg2+、Fe2+、Zn2+、Li+等代替。首先，由于不等价的类质同象代替使得蒙脱石结构层具有负电荷（每单位晶胞0.2～0.6负电荷）；
2-2+其次因颗粒表面有未中和的酸基（SiO3，HSiO3）或碱基（Al（OH）、Al（OH）
2+)、Al3+）而带电，电性视酸基或碱基而定；第三因蒙脱石的结构单位层边缘上出现的破键而带电，其电性视介质的pH值而定,因此蒙脱石不仅能从溶液中吸附
异号的无机离子，而且也吸附极性的有机分子，其吸附量决定于中和表面电荷所需的量，吸附能力则取决于被吸附离子的作用力场，形成所谓的离子交换。蒙脱石依据表面电性的不同，分阳离子和阴离子两种交换。蒙脱石的离子交换容量远大于其他粘土矿物（表1）。而离子的置换能力，在其他条件相同时，阳离子电价愈高，置换能力愈强，电价高的离子一旦被吸附于蒙脱石上，就难于置换。在电价相同时，置换能力随半径增大而增强，据水化后的阳离子与氧离子的结合键能来确定阳离子的置换顺序，得出阳离子的置换顺序为：常见阳离子的置换顺序为:H+>Al3+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>NH+>K+>Na+>Li+；常见的阴离子的置换顺序
2-为:OH->CO3>I->Br->Cl->NO3ˉ>SO2-。顺序中的离子吸附能力从左至右依次递4
减，颗粒早先吸附了左边的离子，用右边的离子很难去置换。
表1主要粘土矿物的离子交换容量
矿物
高岭石
多水高岭石(2H2O)
多水高岭石(4H2O)
蒙脱石
绿泥石
蛭石 阳离子交换容量 3~5 5~10 40~50 80~150 10~40 100~150 阴离子交换容量 7~2080 20~30
蒙脱石细小的颗粒对有机质有很强的亲合力，有机质不仅可以被吸附于颗粒表面，而且也可以进入蒙脱石的结构单位层之中，形成蒙脱石有机阳离子复合体，在环保中提高了膨润土的使用效果，例如有机改性的膨润土对污染物的吸附能力大大提高。
蒙脱石结构层与层之间的几何空间——层间域，具有层间交换、层间吸附、层间催化、层间聚合、层间柱撑等特性。结构层电荷、层间阳离子的种类、价态、氧化还原电位，直接影响蒙脱石的环境化学行为。
3.改性膨润土在环保中的应用
3.1对工业废水中重金属的吸附
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。
金辉等人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: 利用廉价的天然膨润土作为吸附剂, 用吸附混凝法处理含汞废水有较高的应用价值。澎润土吸附絮凝法对Hg2+ 有着较好的吸附效果, 溶液中投加0.5 g 膨润土时, 吸附容量为0.48×10- 3且聚氯化铝膨润土在吸附Hg2+ 时有明显的协同作用。竞争吸附表明膨润土对金属的去除效果依次为Pb、Hg、Cd。
孙胜龙等研究表明, 天然Ca 基膨润土经水洗后可提高其中蒙脱石含量15%～ 25%。加入钠铝化合物的改性膨润土, 在pH= 6 时, 可去除溶液中95% 的Cr (Ⅵ)。与活性炭相比, 这种改性膨润土在处理低浓度含Cr (Ⅵ) 溶液(Cr (Ⅵ ) 10 mg/L ) , 其效果相同, 在处理高浓度含Cr (Ⅵ ) 溶液(Cr (Ⅵ ) 为150 mg/L ) , 其效果高出活性炭3%。蒙脱石吸附Cr (Ⅵ ) 包括表面吸附络合作用和层间离子交换作用, 以层间离子交换占主导地位, 铬在层间以Cr-O 聚合物形式存在。
3.2改性膨润土处理工业废水(J 酸废母液)
冀静平等研究了改性膨润土(膨润土中加入一定的A l3+ ) 对J 酸液和J 酸废母液的处理,结果表明, 在pH 为弱酸性或中性的条件下, 改性膨润土对J 酸废母液中COD 去除率高, 改性膨润土与有机絮凝剂复合处理J 酸废母液, 先加改性膨润土, 后加有机絮凝剂对经稀释的J酸废母液的处理优于先加有机絮凝剂后加改性膨润土的效果。
3.3放射性废物的处理
国际上，对放射性废物的处理一般是将废物封闭贮存在金属材质容器内，永久埋藏在地质环境较好的大钻孔里。但这种方式有缺陷，如美国的11个埋藏地点中，已有3处渗漏出放射性物质。为了有效地处理放射性废物，发达国家在上世纪90 年代初期开始将膨润土用作核废物的地质处置回填材料，并进行了卓有成效的研究。结果显示，防渗性好、吸附性强的钠蒙脱石是一种封存封闭滤毒罐的理想隔绝材料。在深埋地下的滤毒罐周围使用钠基膨润土粉末填塞，当蒙脱石遇水饱和而膨胀后，与岩石和滤毒罐融为一体，既可避免滤毒罐与周围的岩土发生理化作用，又能过滤、捕集泄漏的小量放射性物质防止其向土壤中渗透，从而达到对放射性污染的有效控制。膨润土具有优良的吸湿膨胀性、低渗透性、高吸附性及良好的自封闭性能，尤其是钠基膨润土的吸水性强、膨胀倍数大、阳离子交
换容量高，即使是在较高温度下仍能保持其膨胀性和吸附能力。在有机污染物和生活垃圾的土地填埋中，若在防渗材料中将有机粘土矿物和传统的钠基蒙脱石混合使用，其中有机粘土矿物可吸附有机污染物，分散的钠基膨润土可以阻止水的流动，这样可延缓污染物穿透防渗材料的速度。
3.4土壤和地下水污染的修复
欧美国家从20世纪70年代以来，在土壤和地下水污染治理技术上取得了很大的进展。采用有机阳离子表面活性剂，利用有机离子之间存在疏水作用和强的分子间作用力，膨润土中粘土层间的无机阳离子很容易通过离子交换被有机阳离子取代，使其成为疏水性的有机膨润土。由于有机阳离子的水合作用明显小于无机阳离子，在有机膨润土或其它的粘土矿物表面难以形成水膜，从而提高了其水中具疏水性的有机污染物的去除能力。
采用季铵盐类表面活性剂改性的膨润土和土壤比天然粘土矿物和土壤去除有机污染物的能力高出几十至几百倍，能有效遏制有机污染物在环境中的迁移，是一种简单、有效、经济、实用的环境修复工具。目前，国外有的学者利用膨润土等粘土矿物易于形成有机粘土的性质，模拟含有机污染物的土壤和蓄水层的环境，在其中加入季铵盐阳离子表面活性剂，使其形成有机污染物的吸附区，可以有效地截住流动的有机污染物，将有机污染物固定在吸附区，从而控制污染物在地下水中的迁移。再利用自然界中存在的微生物或化学方法降解或除去富集在吸附区的有机污染物，彻底消除土壤和地下水的有机污染。
3.5有机膨润土应用
天然膨润土加有机铵阳离子表面活性剂改性, 得到有机膨润土。常用的有机铵阳离子表面活性剂是氯化十六烷基吡啶(CPC)、溴化十六烷基三甲铵
(CTMAB)、氯化十四烷基吡啶 (TPC) 等。顾曼华等研究了有机膨润土吸附水中硝基苯的性能, 结果表明: 25℃时, CTMAB-膨润土和CPC-膨润土的饱和吸附容量分别为117.0×10-
3、87.6×10- 3。比原土(10.5% ) 提高了4～ 5 倍, 将A l2 (SO
4) 3- 与有机膨润土联用处理废水, 不但能提高硝基苯的去除率, 还能大大降低废水的COD。
4.膨润土的发展前景
随着国民经济的迅速发展及人民生活水平的提高，伴随而来的是日益严重的环境污染，已到了必须治理的程度。但是，由于技术条件的限制，目前国内的污水处理成本高，许多企业难以承受，寻找一条经济可行的污染防治途径势在必行。我国的膨润土矿物资源丰富，价格低廉，随着改性膨润土矿物在环境修复、环境净化、环境替代技术方面研究的进一步深入，可望在诸如化工厂、印染厂、农药厂等处污染土壤的修复、废水的净化及清洁生产中获得广泛的应用。
今后应以以下几个方面为重点开展改性膨润土的研究:
(1)深入探讨改性膨润土的成分、结构与性能之间的相互关系,以便最大限度地开发利用改性膨润土。
(2)从微观结构出发研发能增强改性膨润土吸附性能的改性剂或添加剂,采用多种手段进行多层次、多方位的改性,尤其是提高表面活性点的强度及数量,进一步发掘改性膨润土吸附潜力。
(3)设计和制备新型改性膨润土环境修复材料及其复合材料。
(4)以前的研究多集中在各种改性产品对单一污染物或同种类污染物的吸附处理,吸附机理一般只涉及对某种特定污染物的吸附。对重金属吸附剂的改性主要采用钠化、酸化以及柱化等改性方法,用有机改性膨润土吸附重金属的研究不多见。今后应注重具有综合吸附能力的改性膨润土的开发,加强利用有机改性膨润土吸附重金属离子的研究。
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