改性膨潤土在水處理劑中的研究

唐蕊　邵紅

【摘 要】針對目前混凝劑在環境污染修復中的廣泛應用，本文對混凝劑的研究現狀和未來的發張趨勢進行了介紹，并且重點對近年來成為熱點環保材料的膨潤土進行了探討，分別從膨潤土結構和性質等方面對不同活化、有機改性、無機改性，及無機/有機復合改性膨潤土闡述其性質和改性膨潤土應用研究進展，并指出目前膨潤土在環境應用中存在的問題，為其未來的應用前景提供一定的理論依據。

【關鍵詞】膨潤土；膨潤土改性；水處理劑

1 混凝劑的研究及發展趨勢

目前，我國水污染嚴重，水環境惡化促使人們繼續找到更好的污水處理方式。 凝固作為廢水處理的重要方法之一，是最廣泛使用，經濟和簡單的水處理技術之一。 通過凝結，懸浮顆粒可在污水中形成礬花，并在沉淀過程中相互碰撞，使絮狀顆粒在底部逐漸變大，最后通過水處理結構分離除去，凈化水的目的。[2]

在生活飲用水處理、工業廢水處理和食品、發酵工業等領域現已廣泛應用混凝技術，其主要目的是把水中膠體和懸浮物顆粒凝聚為大的混凝體，以便從水中分離出來。目前，市面上常用的混凝劑一般分為三類：第一類，無機混凝劑，例如聚合氯化鋁、硫酸鋁和聚合硫酸鐵；第二類，有機合成高分子混凝劑，例如聚乙烯亞胺和聚丙烯酰胺類；第三類，天然高分子混凝劑，例如微生物混凝劑、藻酸鈉、殼聚糖、改性淀粉等。[3]

1.1 無機混凝劑

無機混凝劑主要分為無機凝聚劑和無機高分子混凝劑兩大類，以下是各種混凝劑種類及分類：鋁鹽系列凝聚劑：硫酸鋁（AS）、三氯化鋁（AC）、硫酸鋁鉀等，混凝劑：聚合氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鋁（PAS）；鐵鹽系列凝聚劑：硫酸鐵（FS）、三氯化鐵（FC）、氯化亞鐵等，混凝劑：聚合硫酸鐵（PFS）、聚合氯化鐵（PFC）；鈣鎂鹽系列助凝劑：氫氧化鈣、碳酸鎂、氫輕燒鎂、碳酸鎂等；陰離子型硅酸鹽助凝劑：活化硅酸（PSA）；復合系列主要包括無機復合類型和有機復合類型，無機復合類型包括：聚合硫酸鋁鐵（PFAS）/聚合氯化鋁鐵（PFAC）、聚合硫酸氯化鐵（PFSC）/聚合硫酸氯化鋁（PASC）、聚合硅鋁（PASi）/聚合鐵硅（PFSi）、聚合硅酸鋁（PSA）/聚合硅酸鐵（PSF）、聚合氯化磷酸鋁，等；有機復合類型包括：聚合鋁/鐵-聚丙烯酰胺、聚合鋁/鐵-甲殼素、聚合鋁/鐵-天然有機高分子、聚合鋁/鐵-其他合成有機高分子等等。

1.2 有機合成高分子混凝劑

有機合成聚合物凝結劑是一類通過具有化學聚合作用的有機單體或由含有帶電官能團或中性官能團的有機聚合物化合物制成的聚合物化合物，可以溶解在具有電解質行為的水中。 凝固機理是通過中和作用，在化學鍵中聚合物鏈與許多膠體顆粒形成橋接，同時由于聚合物具有強的吸附作用，從而形成較大的膠體顆粒并使之下沉。 此外，凝結過程也具有凈捕獲掃描效應，使得沉降更快。

1.3 天然有機高分子混凝劑

天然有機聚合物凝結劑是純天然的，但大部分是化學改性。這種凝結劑具有廣泛的開發潛力，廣泛可得，價格便宜，無毒，易于降解和再生。自20世紀80年代，國外學者開始研究天然有機聚合物改性凝聚劑。根據其原料的不同來源，可以分為淀粉改性衍生物，纖維素改性衍生物，植物膠改性產品，多糖和蛋白質產品等，最有潛力的是開發水溶性淀粉衍生物和多糖改性凝結劑。

2 膨潤土概況

2.1 膨潤土簡介

膨潤土（bentonite）也稱膨潤土或膨潤土，粘土的主要成分是蒙脫石，蒙脫石含量通常為40%～90%。以蒙脫石中可交換陽離子的類型和含量的不同進行分類依據，膨潤土主要分為三種：膨潤土，鈣膨潤土和氫化膨潤土（漂白土）。 膨潤土顏色主要為白色，乳白色，淺灰色，黃綠色，紅肉，紅磚，紅色，棕色和黑色，斑點雜色，礦石閃亮的油脂，呈現蠟狀和土質光澤，裂縫通常為貝殼或鋸齒狀。 有多種結構結構，如塊狀，微層狀，條狀，泥土狀和斑狀結構；頁巖結構，有火山碎屑，斜面凝灰巖和粉砂狀結構。 由于礦石組成和結構的不同，膨潤土礦石可以分為粘土，粉砂，砂，角礫巖等。

由于目前膨潤土的市場需求日益增加，膨潤土成為最有價值和潛在的粘土礦物資源之一。但是隨著科技生活和工業生活的不斷前進發展，膨潤土的產品結構和應用慢慢發生了一些變化。第一，傳統方法使用膨潤土來降低污染物的消耗比例，技術指標的不斷提高，而且還出現了新產品或新替代品。 第二，混凝劑膨潤土材料開發了許多新用途，其市場價格比傳統產品高出幾倍到幾十倍。因此，改性膨潤土成為人們熱點研究的領域。

2.2 膨潤土的改性及應用概況

膨潤土是一種新型的廉價水處理吸附劑，具有礦產資源豐富，加工簡單，改性多，污染物去除多，去除效率高的特點，備受關注。 膨潤土處理重金屬廢水的方法簡單，有效，成本低，重金屬的釋放率在解吸時較低，二次污染較少。

（1）活化改性：是指使用酸、焙燒、氧化、氫化、還原等方法進行活化處理并改性膨潤土。酸改性處理可以有效去除膨潤土中的各種不利于混凝的雜質，使其更加有效吸附各種污染顆粒，阻止其擴散，易形成絮凝體。

胡恭任[3]等用硫酸對提純膨潤土進行活化改性制得酸改性膨潤土，利用提純后的膨潤土和10%濃硫酸在80℃下進行攪拌后，在105℃下進行活化，得到酸改性膨潤土。使用其對含Pb2+廢水的處理效果十分優良，為膨潤土的改性及其對含重金屬廢水的處理提供了重要的參考依據。

（2）有機改性：是指有機陽離子或分子在膨潤土的間層中形成一種有機/ 無機復合材料，能更加有效地吸附有機物，而且吸附效率較為穩定。主要包括有機陽離子插層改性和表面的偶聯改性。

（3）無機改性：是指膨潤土經過鎂鹽、鋁鹽等無機鹽進行改性，改變膨潤土原有電荷構成，加強離子交換性能。

王代芝等以用40%的AlCl3浸泡已在 500 ℃下煅燒2小時的膨潤土24小時進行改性制得鹽改性膨潤土，并對低氟廢水進行吸附試驗，去除率率有24.6%提升到83.17%，證明改性膨潤土的吸附性能得到極大的改善，而且不會對環境造成二次污染。

（4）無機/有機改性：是指進過無機溶劑和有機溶劑共同作用制得的復合改性膨潤土，兼具柱改性膨潤土和有機改性膨潤土的優點。

3 結論和展望

新開發的膨潤土主要優點表現如下：首先，由于產業發展的不斷調整和產品研發的不斷優化，推進了改性膨潤土的廣泛應用，如膨潤土用于高放射性廢物儲存，環保，沙漠改良，地下工程 防水；其次，由于科技技術不斷的進步和生產加工手段的不斷先進，使膨潤土的改性活化技術上升到了一個新的高度，隨著納米材料，柱撐土，有機凝膠，相變等高附加值產品的發展，儲能 材料，精細化工產品中軍用到了改性膨潤土。因此，改性膨潤土將以綜合利用，礦物凈化和深加工技術為研究重點，使礦產資源得到更加全面地開發，并且加強了應用領域膨潤土的開發利用研究。

【參考文獻】

[1]欒兆坤，湯鴻霄.我國無機高分子混凝劑產業發展現狀與規劃[J].工業水處理，2000，20（11）：1-6.

[2]宋力.混凝劑在水處理中的應用與展望[J].工業水處理，2010，30（6）：4-7.

[3]胡恭任，于瑞蓮.酸改性膨潤土處理含鉛廢水[J].中國礦業，2007，16（2）：100-102.endprint