有機膨潤土在無機廢水處理中的應用研究

信雅楠(盤錦市科學技術引進開發中心， 遼寧 盤錦 124010)

有機膨潤土在無機廢水處理中的應用研究

信雅楠(盤錦市科學技術引進開發中心， 遼寧 盤錦 124010)

本文介紹了膨潤土的結構及其有機改性產物(有機膨潤土)的優良特性和應用范圍，綜述了近些年來有機膨潤土在處理無機廢水方面的研究進展，并對有機膨潤土在污水處理領域中的未來研究方向做出了展望。

有機膨潤土；污水處理；研究進展

膨潤土(Bentonite)是一種非常重要的非金屬礦物原料，其主要成分是蒙脫石，(化學式為Al2O3· 4SiO2· H2O)，由兩層硅氧四面體中間夾雜著一層鋁(鎂)氧八面體片而構成的2：1型的層狀硅酸鹽，其硅氧四面體骨架在二維空間上具有網格狀延展性[1]。由于膨潤土的資源非常豐富、價格低廉，且又具有很強的吸水膨脹性、陽離子交換性、懸浮性、吸附性、潤滑性和催化活性等多種物化特性，因此被廣泛地應用于冶金鑄造、石油鉆井、日化、環保和醫藥等領域。盡管天然膨潤土具有很多卓越的物化性能，但有一些性質對其在某些方面的應用并不一定完全有利。因此，必須通過一定的方法對膨潤土進行改性，從而使其在更多領域中得以應用。在眾多的改性方法中，添加有機改性劑是一種最常見的方式。通過該方法改性的膨潤土(即有機膨潤土)相較于天然膨潤土而言，其比表面積、疏水性、吸附性等多種物理、化學性能都得到了較大程度的改善，其應用領域也逐漸被拓寬至環境保護、有機催化、醫藥各行各業，而本文著重探討有機改性膨潤土在處理無機廢水方面的應用研究進展。

1 有機膨潤土處理無機廢水

廢水中常見的無機污染物(鉻、鉛等無機離子)一般來自于礦山、電鍍、冶金、醫藥、電解等工業，不被自然環境降解，故而在很大程度上污染了水資源[2]，并對人類的健康也造成了一定的影響。

（1）有機膨潤土處理含鉻廢水 王紹梅[3]以河南安陽膨潤土為原料，將自制的十六烷基三甲基溴化銨改性膨潤土用于吸附模擬廢水中的鉻酸根離子(即六價鉻離子；有機膨潤土0．3 g，體積20mL，Cr6+濃度50mg/L)，然后用蒸餾水等試劑對吸附后的膨潤土進行多次洗脫，并用0．1 mol/L鹽酸對其處理后再次用于鉻酸根的吸附，最后計算出有機膨潤土對鉻酸根的吸附能力和鉻酸根在膨潤土上的洗脫率，以及再生有機膨潤土對鉻酸根的吸附率。實驗結果表明，有機膨潤土對鉻酸根離子的吸附量隨著十六烷基三甲基溴化銨添加量的增加而增加，在0．7 CEC時達到平衡，此時吸附率可達58%。此外，鉻酸根-有機膨潤土的鉻酸根洗脫率高達82%，且在相同的吸附條件下，再生的有機膨潤土對鉻酸根的吸附率為56%，說明再生有機膨潤土的吸附能力得到了很好的恢復。Mansri等[4]制備并表征了兩種聚4-乙烯基吡啶(P4VP)添加量的改性膨潤土(Bf0．06 和Bf0．3)，并將其與原土分別用于去除溶液中的六價鉻離子。研究結果表明，溶液pH是影響鉻離子在有機膨潤土上吸附效率的最主要因素。六價鉻離子在兩種有機土上的去除率隨著pH的減小而增大，當pH=1時最高。這是因為P4VP中吡啶上環的N在酸性溶液中容易被質子化形成–NH+，從而使–NH+與HCrO4-之間的靜電作用增強，提高了鉻離子的吸附量。吸附等溫線研究中，Langmuir和Freundlich吸附等溫線模型可以很好的描述鉻離子在三種土上的吸附過程。

（2）有機膨潤土處理含鉛廢水 Nathaniel等[5]通過微波輻射法制備了直線型烷基苯磺酸鹽(LAS)改性膨潤土，并用于去除廢水中二價鉛離子(Pb2+)。溶液pH 為 5時，膨潤土原土上的質子化硅羥基與溶液中的Pb2+之間存在的靜電斥力會延緩吸附過程，故其對Pb2+的吸附主要依賴于范德華力等較弱的物理作用。但對于有機膨潤土而言，改性劑LAS使得其表面帶負電，使得LAS與Pb2+之間產生靜電引力，從而提高了有機土對Pb2+吸附能力。吸附等溫線和動力學研究結果表明，鉛離子在LAS改性膨潤土上的吸附符合Sips模型和擬二階動力學方程，本質上為吸熱反應。趙振等[6]制備表征了一種陰-陽離子有機膨潤土，并確定較為適宜的陽離子表面活性劑(十八烷基三甲基溴化銨，STAB)和陰離子表面活性劑(十二烷基苯磺酸鈉，SDBS)的比值為0．5CEC∶0．4CEC，同時探討了pH和接觸時間對有機膨潤土吸附鉛離子的影響。當pH在2．5和3．3之間時，鉛以單獨的二價陽離子的形式存在，并且與H+之間的競爭吸附相對較弱，故將溶液pH調節在此范圍內較為合適。

3 結論與展望

有機改性膨潤土，憑借其特殊的結構和優良的性能在基礎研究和實際應用方面都取得了很好的成績，尤其是在污水處理領域。但隨著人類環保意識的逐漸增強以及社會對改善環境質量要求的不斷提高，有機膨潤土在污水處理方面仍存在一些不足之處。因此，為了解決這些問題并尋找一種經濟有效的污水處理技術，有機膨潤土的未來研究應集中在以下幾方面：拓展有機改性劑種類，深入探究有機膨潤土結構與吸附性能之間的關系，提高有機膨潤土對某一類污染物的吸附能力和選擇性，簡化并降低有機膨潤土的再生過程和成本，開發完善的有機膨潤土處理污水的工藝。只有這樣，我們才能更好地保護并改善人類賴以生存的水資源，從而使人與自然能夠和諧地發展。

[1]姜桂蘭,張培萍.膨潤土加工與應用[M].北京:化學工業出版社,2005.

[2]李志萍,陳肖剛,沈照理.污染河流中Cr(VI)對淺層地下水的影響研究[J].環境科學學報,2006,26(1):99-104.

[3]王紹梅.有機膨潤土的制備及其對鉻酸根離子吸附性能的研究[J].安陽師范學院學報,2005,(2):51-53.

信雅楠(1984- )，女，遼寧盤錦人，工程師，碩士研究生，主要從事科技引進和農村科技工作。