礦物材料在環境治理方面的應用進展

劉潤琪

摘 要：總結了近年來我國在非金屬礦物材料治理環境方面所取得的一些進步與成就，對現階段存在的問題加以分析并展望未來。

關鍵詞：非金屬；礦物材料；環境治理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.053

1 引言

礦物資源是人類社會發展和國民經濟建設的重要物質基礎，是人類社會發展的前提和動力[1]。人類社會的每一次進步都伴隨著礦物材料利用水平的飛躍發展，但隨著工業文明的快速發展，人類的污染和環境的破壞威脅著我們自己的生存和發展。 同時，由于消除環境污染物，需要消耗大量能源，對日益耗盡的能源資源構成嚴峻挑戰。 尋找廉價的環境凈化材料，降低污染物處理成本，提高凈化效率，已成為環境保護的一個緊迫問題。天然非金屬礦物材料以其來源廣泛、價格低廉、適應性強、等優點，逐漸成為污染治理研究方面的熱點，有著十分廣闊的應用前景。

2 礦物材料在大氣污染治理方面的應用

現代化過程中，人類不合理地濫用化石燃料產生了大量的廢氣。隨著工業化的發展，在城鎮地區尤其是在人口稠密的大型工業城市，空氣污染現象尤為突出。污染物主要為硫氧化物、氮氧化物為代表的無機有害氣體及碳氫化合物為代表的有機有害氣體和一些粉塵污染。

人們對于大氣污染的重視由來已久，從七十年代日本科學家利用方鎂石、水鎂石吸收so2、so3廢氣[2]到當今納米材料的廣泛研究與應用，礦物材料在大氣污染防治方面發揮著越來越重要的角色，其研究程度也越來越深。

近年來，隨著科技水平的進步，科技人員在相關領域取得了一次又一次令人振奮的成果，推動著非金屬礦物材料在大氣污染防治方面的研究進展。堇青石質蜂窩陶瓷作為重要的高溫煙氣、催化劑載體和化工精過濾材料在現在尾氣治理方面發揮著越來越重要的作用。李金紅、魯安懷等[3]以聚氨脂泡沫塑料為前驅體，取鋁土礦、高嶺土和滑石為原料，制備了以堇青石為主晶相的泡沫陶瓷，實驗表明其具備良好的物理化學性質，可以作為較好的環境工程材料應用。劉秀珍等[4]通過研究表明在常溫下低濃度的有機揮發物甲苯能夠較好地被負載型 MnOX-CeO2/沸石分子篩吸附和催化氧化同時該復合材料能較好地實現低溫條件下再生以及可以實現操作連續性表明其潛在的利用價值。任升蓮、陳天虎[5]研究凹凸棒石特殊的晶體結構和性質，發現它具有大量形狀不同和大小不均的孔隙和毛細管孔結構，是很好的納米材料。基于其價格低廉，取材豐富以及良好的物理化學特性提出了凹凸棒石在卷煙濾嘴中的添加應用，實驗表明該過濾嘴有選擇性地去除卷煙煙氣中有害物質，且卷煙的內在質量不受影響 ，能夠保持卷煙原有的吸味風格。

3 礦物材料在污水治理方面的應用

在資源的開發利用過程中，由于人們不合理地生產、生活所帶來的地表水體污染問題越來越嚴重，更甚的是一些地區出現的地區性疾病直接威脅著人們的健康與生存。因而地下水中存在的一些有機污染和氟、砷等礦物質超標以及重金屬離子的污染水質亟需改善，水污染問題也應該越來越多地給予重視和關注。近年來，基于天然礦物的表面活性、超細超微效應、化學涂層、晶體結構的改變、物理和化學性質及其表面改性技術等方面的研究，使礦物具有良好的功能特性可以廣泛地應用于環境工程方面[6-8]。

天然礦物因其種類繁多、儲量豐富、價格低廉、處理工藝相對簡單在進行廢水處理方面具有投資少、效果明顯且帶來的二次污染小等優點已經廣泛地被研究人員研究和應用。李志娟[9]采用正交試驗進行了有機膨潤土再生及再生膨潤土的有機化，結果表明，在780℃下灼燒55 min是膨潤土再生的最佳條件，再生有機膨潤土吸附有機污染物的最佳吸附條件為pH=6，加土量6g/L，溫度25℃，振蕩時間20 min，COD去除率可達80%，顯示出其良好的發展潛力和應用前景。朱利中等[10]對改性硅藻土吸附水中苯酚開展了研究，研究發現pH=8-9、150-160r/min的振蕩速度時，水中苯酚5min內吸附可基本達到平衡。林曉雯等[11]利用溶膠-凝膠法在羥基磷灰石表面合成硅烷復合材料，對廢水中的2，4-二氯苯酚的吸附進行研究，結果表明其具有很好的選擇性和吸附性，應用前景廣闊。

沈巖柏等[12]通過研究硅藻土吸附水相中鋅離子過程表明硅藻土對Zn2+有較好的吸附效果，但是受PH和溫度影響較為明顯，經掃描電子顯微鏡的測定，硅藻土的表面圓篩形微孔是Zn2+的主要吸附位。鄭德圣[13]通過用天然錳鉀礦處理含Hg2+，Cd2+，Pb2+廢水實驗研究表明在較低污染濃度情況下，天然錳鉀礦能很好地處理水體中的Hg2+，Cd2+和Pb2+。潘敏等[14]用鐵/鋁鹽水解法制備了3種凹凸棒石粘土納米復合材料，研究了凹凸棒石/鋁氫氧化物（PNCMI）、凹凸棒石/鐵氫氧化物（PNCMII）和凹凸棒石鐵-鋁氫氧化物（PNCMIII）這3種復合材料和純凹凸棒石粘土對水中磷的吸附凈化能力。結果表明， 凹凸棒石/鋁氫氧化物（PNCMI）和凹凸棒石/鐵氫氧化物（PNCMII）凹凸棒石粘土納米復合材料對磷具有良好的吸附凈化能力，而且溫度對其影響很小。

4 礦物材料在土壤修復及復墾方面的應用

由于人們對于資源的不合理處置，使得一些閑置資源變成一種威脅，直接影響著人們的衣食住行同時土壤污染已對土地資源可持續利用與農產品生態安全構成嚴重威脅。土壤重金屬污染已成為全球環境問題，由于其隱蔽性、不可逆性和長期性的特點，對生態系統構成嚴重威脅，并通過食物鏈影響人體和動物的健康。同時，重金屬污染可導致土壤肥力退化降低，農產量和作物品質下降，嚴重影響環境質量和經濟的可持續發展，重金屬污染帶來的嚴重性逐漸被人類認識。

土壤中重金屬污染已成為全球性環境問題，因其隱蔽性、不可逆性和長期性的特點，對生態系統構成潛在的巨大威脅，并通過食物鏈影響人體和動物的健康。同時重金屬污染可以導致土壤肥力退化、農產品產量降低和作物品質下降，嚴重影響環境質量和經濟的可持續發展，重金屬污染的嚴重性，也逐漸為人類所認識。endprint

我國的科技工作者近些年來在此類項目中取得了一系列進展。施堯[15]通過對磷基材料鈍化修復重金屬Pb、Cu、Zn復合污染土壤的研究表明磷基材料的加入不太可能引起因P過量所帶來的地表水和地下水的二次污染問題，含P材料重過磷酸鈣磷肥和磷灰石礦尾料均有效地鈍化土壤中的Pb，主要是基于形成了難溶性磷酸鉛沉淀。土壤中的一些重金屬以陽離子的形式存在。這些重金屬具有流動性高、生物利用度高、危害性大等特點。施用石灰或碳酸鈣可提高土壤PH值，增加土壤顆粒的負電荷，促進土壤中鎘、銅、汞、鋅等元素的氫氧化物或碳酸鹽結合態鹽類的形成。

張茜等[16]研究了石灰對污染紅壤與黃泥土中重金屬的鈍化作用，結果表明，紅土壤有效態含量降低87.6% - 92.3%，黃土壤有效鋅含量降低了90%，并且有效銅含量降低幅度最大47.4%。譚科艷等[17]利用凹凸棒石粘土礦物對安徽銅陵地區重金屬污染土壤進行盆栽修復試驗，試驗表明，施用凹凸棒石粘土可使土壤ph提高到5-8，改善礦區土壤條件，平均修復cd元素率34.92%，能有效地減少蔬菜對Cu、Zn、Cd三種重金屬的吸收。

5 結語

綜上所述，礦物材料作為優質的環境材料以其廣泛地來源，良好地性能以及低廉地成本和較少二次污染等特點在環境治理方面越來越受到重視。我國是一個資源和消費大國，但由于在礦物材料相關領域內的研究起步較晚，在發展過程中所遇到的問題較為突出，主要表現在：

（1）研究方向分散，沒有與國民經濟發展緊密結合，缺乏研究大成果，不能有效解決國家的重大戰略需求；

（2）創新性不強，研究思路和研究方法亟待創新，大多數處于模仿與效仿階段；

（3）應用性不強，大多數研究成果處于實驗室探索規模和水平，成果轉向中試和擴試的很少。

鑒于我國礦物材料的發展來看，我們今后要加強基礎材料的研究，更緊密結合國民經濟和社會發展的需要，結合中國礦產資源的實際情況，同時國家應盡快地出臺相應的政策，加快完善知識產權保障體系的建設力度和強度，在保障自主知識產權成果的同時更利于成果的推廣和應用。

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