改性凹凸棒土處理工業廢水研究進展

邢鎮嵐，龔飛銘

改性凹凸棒土處理工業廢水研究進展

邢鎮嵐，龔飛銘

（沈陽建筑大學 市政與環境工程學院，遼寧 沈陽 110168）

凹凸棒土是一種富含鎂鋁硅酸鹽的層鏈狀礦物黏土。由于特殊的晶體構造，因此凹凸棒土具有比表面積大、吸附性能強、化學穩定性高、離子交換性強等優勢。沒有經過處理的凹凸棒土中，含有大量雜質，難以應用，但使用改性凹凸棒土進行廢水處理能顯著提高去除效率。首先介紹了凹凸棒土的改性方法，然后提出改性凹凸棒土在工業廢水處理中的具體應用，最后對改性凹凸棒土未來研究的趨勢進行了展望。

凹凸棒土；改性；廢水處理

凹凸棒土是一種富含鎂鋁硅酸鹽的層鏈狀礦物黏土，由于存在鏈狀結構，使其具有較強的吸附性能[1]、催化性、離子交換性等物理化學特性。天然的凹凸棒土所含雜質較多，難以應用，吸附后的二次污染、吸附劑再生等問題成為天然的凹凸棒土應用的局限性[2]。以天然礦物為原料開發的改性吸附劑[3]在廢水處理方面的研究成對環境友好的優質吸附劑[4]。凹凸棒土是一種廉價易得的無機礦物材料[5]，只有經過改性處理，才能成為一種性能優異的吸附劑[6]。相比于美國等發達國家，我國對凹凸棒土的研究利用較晚，并不占優勢[7]。因此如何對凹凸棒土進行改性、如何將改性凹凸棒土批量化生產并應用將成為今后研究的趨勢。

1 凹凸棒土的改性方法

1.1 熱改性

熱改性是借助升高溫度對凹凸棒土進行脫水，來增加內部微孔和比表面積，從而提高吸附能力。王連軍[8]等使用高溫焙燒過的凹凸棒土去除染化廢水的COD，在溫度為420 ℃的條件下，COD去除率為74%。張先龍[9]等探究熱改性溫度對凹凸棒土脫硫性能的影響，在50～100 ℃，凹凸棒土對SO2吸附性能隨著溫度的升高而增加。鄭建東[10]等對凹凸棒土進行高溫改性處理含Cr6+廢水，在350 ℃、pH=2、投加量為1 g時，去除率最大。

1.2 酸堿鹽改性

酸改性是通過酸溶液中的H+與凹凸棒土孔道中的碳酸鹽反應達到疏通的目的，還有一部分H+能置換出凹凸棒土層間的金屬離子來提高吸附性。孫亞兵[11]等用H2SO4對凹凸棒土進行改性吸附處理丙烯酰胺（PAM）廢水，在PAM初始質量濃度為250 mg·L-1、吸附時間為1 h的條件下，吸附率為90.08%。堿改性使凹凸棒土末端的Si—O四面體溶解速率較快，使比表面積略有增加。張俊[12]等向高濃度含磷酸根廢水投加NaOH改性凹凸棒土進行處理，在NaOH濃度為3.0 mol·L-1時，去除率為71.6%。鹽改性也是通過離子交換提高其吸附性的。柏文 博[13]向提純后的凹凸棒土加入NaCl制備改性吸附劑處理亞甲基藍，在投加量為0.8 g、吸附時間為 1.5 h的條件下，吸附率達到93.52%。

1.3 有機改性

有機改性是通過大相對分子質量的有機基團取代可用于離子交換的無機陽離子來提高疏水性改善其吸附性能。鄧天天[14]等用CTAC、TX-10、LAS、KH-560有機材料對凹凸棒土改性吸附水中的As3+，并探究不同因素對吸附效果的影響，結果表明，溶液初始質量濃度為10 mg·L-1、4種改性ATP的投加量為0.1 g左右時，吸附達到動態平衡。4種改性ATP在不同pH下達到最佳吸附效果。CTAC和LAS在酸性條件下吸附效果較好，TX-10在中性條件下吸附效果較好，KH-560的吸附效果不受pH變化的影響。HUANG[15]等用十八烷基三甲基氯化銨改性凹凸棒土處理活性艷紅溶液，在pH=1、吸附時間 30 min時，吸附能力最大。

1.4 超聲改性

超聲改性是借助超聲空化作用沖擊、分散凹凸棒土內部聚合的分子改善并提高吸附性能。郭文 君[16]等分別用超聲攪拌法和機械攪拌法制備DTAC改性凹凸棒土吸附水中的苯酚，其中超聲時間 9 min，機械攪拌2 h，其余條件相同的情況下，超聲攪拌法制備的改性凹凸棒土的吸附量約是機械攪拌法的2倍。

1.5 磁改性

磁改性是將Fe3O4等具備磁性的化學物質附著在凹凸棒土表面制備磁性復合材料。這種材料既能提高去除效率，又能方便回收、再次使用，節約了處理成本。陳浩[17]等用共沉法制備磁性凹凸棒土并研究脫汞性能，在一定溫度內，磁性凹凸棒土的脫汞率隨著磁性鐵氧化物含量的增加而增加。袁子 悅[18]等用鐵酸鈷與凹凸棒土制備MOAT磁性復合材料，同時吸附水溶液中的Cu2+和氯酚，結果表明，磁性復合材料會優先吸附Cu2+。RUSMIN[19]等在凹凸棒土中嵌入Fe3O4制備磁性復合材料PAL-IO，吸附水溶液中的Pb2+并研究其再生性能，經過3次再生，去除率接近64%。

1.6 金屬負載改性

金屬負載改性是利用凹凸棒土具有較大比表面積的特點，將金屬元素通過浸漬、沉淀、凝膠等方法負載到凹凸棒土表面，提高催化性能，從而提高復合材料的吸附性能。張妍[20]等配置不同濃度的Co(NO3)2溶液，再加入凹凸棒土采用浸漬法制備Co-AT-1催化劑催化環己烯氧化，Co含量的增加會使催化劑活性降低，Co含量為0.46%時，對環己烯催化氧化性能較好。呂杭杰[21]等用凝膠法把Fe3+和Mn2+負載到改性凹凸棒土制備催化劑協同臭氧處理甲基橙模擬廢水，COD去除率為92.47%。

2 改性凹凸棒土在工業廢水處理中的應用

2.1 處理重金屬廢水

章紹康[22]等將殼聚糖負載在凹凸棒土上吸附水中的Cu2+并探究最佳的吸附條件，在pH=5、溫度為20 ℃、初始質量濃度為20 mg·L-1、投加量5 g·L-1的條件下，吸附30 min后，Cu2+吸附率為97.36%。呂曉斌[23]分別制備納米Fe/Ni和Fe/Cu的雙金屬材料并以凹凸棒土為載體處理水中的Cr6+，結果表明，納米Fe/Cu的雙金屬材料處理效果較好。在初始質量濃度為50 mg·L-1、投加量為90 mg·L-1、反應時間60 min的條件下，對Cr6+的去除率為91.37%。王曉鵬[24]等用皂化后的表面接枝聚丙烯腈的改性凹凸棒土吸附Pb2+，在pH大約為8的條件下，發生鰲合作用使接種改性后的凹凸棒土對Pb2+去除率顯著提高。

2.2 處理印染廢水

尚建平[25]等用浸漬法制備負載Fe3+和La3+離子的改性凹凸棒土催化劑，在臭氧的協同下，催化氧化含亞甲基藍廢水，在溫度45 ℃、初始質量濃度為50 mg·L-1，投加量為5 g、臭氧流量為100 mL·min-1的條件下，去除率約為96%。謝愛娟[26]等以凹凸棒土為載體，通過溶膠-凝膠法制備TiO2/ATT復合材料，在紫外光的照射下處理活性黑KN-B印染廢水。在pH＜7、溫度為20 ℃、初始質量濃度為10 mg·L-1、投加量為15 g·L-1時，去除率可達95%以上。田利強[27]等用熱改性的凹凸棒土處理陽離子紅5GN溶液，在pH=8、溫度為30 ℃、5GN溶液初始質量濃度為50 mg·L-1、改性凹凸棒土投加量為100 mg時，脫色率可達96.5%。

2.3 處理苯酚廢水

冷寶林[28]等用殼聚糖改性凹凸棒土（CTS-ATP）處理苯酚廢水并探究反應的最佳條件，當pH=6、40 ℃、投加量10 g·L-1、反應30 min后，苯酚的去除率達90%以上。而且在20～40 ℃，CTS-ATP吸附苯酚的反應自發進行，隨著溫度的升高，反應自發進行的程度越大。王素青[29]等制備硅鎢酸改性凹凸棒土處理苯酚廢水并探究改性凹凸棒土在不同條件下的吸附性能。在pH=9、苯酚質量濃度100 mg·L-1、投加量10 g·L-1、吸附時間60 min時, 去除率達到77.75%。謝剛[30]用聚二甲基二烯丙基氯化銨改性的凹凸棒土處理微污染水源中的苯酚，在pH=10、20 ℃、苯酚初始質量濃度10 mg·L-1、改性凹凸棒土投加量40 g·L-1的條件下，經過40 min，苯酚的最大去除率為87%。

3 結束語

凹凸棒土具有價廉、易得、吸附性好等優勢，在污水處理領域具有良好的應用前景。目前，對凹凸棒土的吸附機理的研究僅停留在猜測階段，處理的水樣大都是人工模擬的水樣，研究其吸附性能的試驗大部分是靜態試驗。因此，未來的研究方向應該側重在：深入研究凹凸棒土的吸附機理、改性凹凸棒土處理實際廢水的研究和研究改性凹凸棒土處理污染物的動態吸附。提高吸附劑的回收率：磁性材料復合、電吸附、毫米級多孔微球和三維網狀過濾膜改性[31]。

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Research Progress of Modified Attapulgite for Industrial Wastewater Treatment

（Shenyang Jianzhu University, Shenyang Liaoning 110168, China）

Attapulgite is a layered chain mineral clay and rich in magnesium aluminum silicate. Due to the special crystal structure, attapulgite has the advantages of large specific surface area, strong adsorption performance, high chemical stability, and strong ion exchange. The untreated attapulgite contains a lot of impurities, so it is difficult to apply, but the modified attapulgite can significantly improve the treatment efficiency of wastewater. In this article, the modification methods of attapulgite were introduced, then the specific application of modified attapulgite in industrial wastewater treatment was proposed, and finally the future research trend of modified attapulgite was prospected.

Attapulgite; Modification; Wastewater treatment

2021-06-02

邢鎮嵐（1996-），男，遼寧省沈陽市人，碩士研究生，2018年畢業于沈陽建筑大學給排水科學與工程專業，研究方向：污水處理理論與技術。

X703.1

A

1004-0935（2021）12-1854-03