凹凸棒石在环境污染治理中的应用及特点

　　利用天然矿物治理污染与修复环境是建立在充分利用自然规律的基础上，体现天然自净化的特色。凹凸棒石黏土因具有较大的比表面积而表现出良好的吸附性，在污染治理和环境修复领域中发挥着独特的作用，并在污染治理的规模、成本、工艺、设备、操作、效果及消除二次污染等方面具有明显的特点和较大的优势。

　　1、凹凸棒石用于水污染治理

　　(1)重金属废水

　　凹凸棒石环境矿物材料可用于处理含有重金属离子的废水。

　　赵彩荣等研究表明，在pH=1的含Cr废水中加入质量分数为8%的经活化的凹凸棒石黏土，20℃下搅拌60min，Cr的净化率达99.75%，滤液中残留的Cr可达到国家排放标准。

　　秦非等利用凹凸棒石黏土(AT)和石英砂(SS)制成新型复合颗粒吸附剂，发现AT-SS颗粒具有良好的稳定性和除Pb效果，在静态实验中，Pb的吸附量可达500mg/g以上，反应15min内即可达到平衡;在动态实验中，吸附容量约为60mg/g，穿透时间为20h，回收率为48.3%。

　　张宇等利用活化过的凹凸棒石黏土粉末处理含Ni废水时发现，当土水比为1:1500时，吸附率已达100%，处理同量的废水，凹凸棒石用量少于硫铁矿和改性的膨润土，由于凹凸棒石价格更低，所以更有实用价值;另外还发现，凹凸棒石黏土吸附含Ni废水时，其适用pH范围很广。

　　(2)富营养化水体

　　N、P等营养成分的富集是导致水体富营养化的根本原因，如何有效控制并设法去除水体中的N、P日益显得重要。但不同矿物组成的凹凸棒石黏土对氨氮污染水体的吸附净化性能不同，其中以含蒙脱石的凹凸棒石黏土的P吸附性能较强，其对畜禽废水的氨氮去除率可达到75.1%。

　　酸处理的凹凸棒石黏土对PO43-的吸附量比原土提高了6倍，而碱处理的凹凸棒石黏土对PO43-的吸附量则提高了16倍多，特别是经过高浓度碱长时间处理的凹凸棒石黏土具有较高的除P效果。

　　热活化、酸化改性或酸热处理的凹凸棒石黏土具有更高的P素吸附容量和更快的吸附速率，但对P的吸附容量随pH升高而下降。

　　董庆洁等用含有氧化硅、Al、Fe的硅酸盐无机矿黏土-凹凸棒黏土与MgCl2反应制成的复合吸附剂对P具有很强的吸附性能，在PO43-初始浓度为100mg/g时，常温条件下，pH=5.4时可获得最大吸附容量为34.8mg/g，而热力学数据同时还表明，在吸附剂固体表面与被吸附的PO43-之间除了有物理吸附外，还有很强的化学吸附，故在浓度较低的碱性溶液中即可回收PO43-。这种吸附剂因为成本低廉，操作简便，所以应用前景非常广阔。

　　(3)有机废水

　　改性凹凸棒石对印染废水具有较好的处理效果，在最佳处理条件下，COD去除率>70%，色度去除率>90%，优于常见的无机混凝剂。

　　热活化、复合改性凹凸棒石对阳离子染料生产废水均具有较好的处理效果，复合改性凹凸棒石的脱色率和COD去除率分别达到87.5%~99.8%和45.4%~72.3%，其处理成本不及粉末活性炭相应费用的5%;且酸热复合改性凹凸棒石黏土研制的催化氧化剂还可用于印染废水中间体废水的处理。

　　以凹凸棒石黏土为主要原料制成的吸附剂对癸二酸单钠盐溶液具有较好的脱色效果，并对萃取后的癸二酸生产废水有较好的吸附处理效果;在选定的条件下，其脱色率达85.3%，癸二酸单钠盐产率达92.0%，比活性炭脱色时产率提高约12%，该吸附剂经过脱色、再生可反复使用12次，其脱色率无明显下降，总损失率仅为3.3%，且再生操作方便简单、劳动强度低，可望代替活性炭脱色;对萃取后的癸二酸生产废水进行吸附时，COD和酚类的去除率分别达到99.3%和99.2%。

　　有机改性凹凸棒石黏土对苯的吸附容量和去除率可比原土均提高2倍多，溴化十六烷基三甲胺(CTMAB)改性的凹凸棒石黏土对水中酚的去除率达88.5%，且有机土可以反复再生使用;十六烷基三甲基铵离子(HDTMA)改性后的凹凸棒石黏土可以有效地吸附模拟地下水中的苯系物，吸附量比原土高出几十甚至几百倍。

　　周平等利用天然凹凸棒石黏土处理造纸黑液，其COD去除率>50%，且以处理废液后的凹凸棒石沉渣为主要原料，通过不同配方和不同工艺条件可烧制出性能合格的建筑陶瓷。

　　(4)特殊污染水体

　　凹凸棒石黏土对某些特种工业废水亦具有较好的处理效果。

　　朱振海等研究发现，当凹凸棒石吸附剂用量为16g/kg时，可使含毒(黄曲霉毒素B1，即AFTB1)质量分数为50×10-9~250×10-9的菜籽油净化后的残留AFTB1<5×10-9(阴性);当凹凸棒石用量为32g/kg时，对含毒质量分数高达500×10-9级的油品也可使其呈阴性。凹凸棒石去毒吸附剂对含AFTB1的油品选择吸附性强，在含毒浓度高的情况下，一次去毒净化，即可达到国家卫生标准，同时又可实现脱色、脱臭的效果。

　　凹凸棒石及其活化产品对严重有机污染河水的色度、挥发酚、油、NH3-N、CODcr等及阳极电泳漆废水的COD和色度均有明显的去除作用，当与某些混凝剂组合使用时，对SS和COD的净化呈明显的增强作用，从而使污染河水的整体水质大大改善，其中某些水质指标可达到我国地面Ⅰ级、Ⅱ级的质量标准。

　　朱继存利用凹凸棒石黏土投料-活性污泥法处理城市废水，结果发现用活化过的凹凸棒石黏土做投料，采用完全混合活性污泥法处理城市废水具有较好的处理效果，并且可以通过增加投料量提高处理效果，和投加活性炭粉末相比，该法具有价格低廉、处理效果好等优点。

　　栾兆坤等利用表面包裹了氧化铝层的凹凸棒石吸附剂，进行了除F动态柱吸附效能实验，其F去除率可达95%以上，累计F吸附容量可达10.55mg/g，吸附饱和后的吸附剂再生后仍具有较高的吸附性能。

　　胡涛等利用改性凹凸棒石对含F废水进行处理，考察了热改性条件及纯化凹凸棒石不同pH值、凹凸棒石投加量、吸附时间等因素下对F去除率的影响。结果表明，热改性凹凸棒石对含F量高达100mg/L的废水都有较好的处理能力，F去除率可达93.68%以上，处理后的废水符合国家许可排放标准。

　　张国生以凹凸棒石黏土为主要原料，添加多种矿物质制成了净化效果好、矿化作用强、具有良好耐水性的人工矿化剂，这种矿化剂能对饮用水进行有效的净化矿化处理，其作用大小的影响因素是与净化矿化剂的类型、用量，水的流速、流量、静置时间及温度有关;经这种矿化剂处理的自来水含有10多种人体必需的常量元素和微量元素，其中Zn、I、Li、Sr等均达到GB8537-1987“饮用天然矿泉水标准”，且有毒重金属和细菌学指标大大低于国家天然矿泉水标准。自来水经过凹凸棒石净化矿化剂处理后成为清澈、昧甘，可直接冷饮的优质人工矿泉水，其水质可与天然矿泉水相媲美。

　　2、凹凸棒石用于大气污染治理

　　大气污染具有不可见性、广泛性和无国界性的特点，凹凸棒石因比表面积大、吸附性强，作为吸附过滤材料广泛应用于净化污染空气。

　　以凹凸棒土为主要原料制备的吸附干燥剂可用于环境的除湿，室内空气的净化;以优质凹凸棒原矿配以适量的膨润土为主要原料经过粉磨、造粒、焙烧，制成一种高强度的颗粒，可用于吸附空气中的有机磷、硫化氢及大气中痕量的气态甲苯和丁醇，用于工厂、农牧场、罐头厂、屠宰场、制革厂、汽车修配厂及货栈等场所，能除去脂肪、油污和臭味，以保持地面或其他表面的环境清洁，与以活性炭为主要原料的同类产品相比，具有成本低、生产工艺简单、不会产生二次污染等特点。

　　凹凸棒石黏土吸收液具有胶体特性，还可改善碳烟颗粒的润湿性能，并对NOx、SO2的氧化具有催化作用，因而对尾气中的碳烟颗粒物、NOx、SO2等污染物具有良好的脱除效果。稀土改性凹凸棒石黏土吸收液更是一种较为理想的柴油机尾气吸收剂，对柴油机尾气污染物的脱除效果良好，实验条件下，碳烟的脱除率为71.3%，NOx的脱除率可达90.6%，SO2和HC的脱除率均>90%，该净化技术已成功应用于工程中。

　　3、凹凸棒石用于土壤污染修复

　　在重金属污染土壤原位修复中，利用黏土矿物钝化土壤中的重金属是一种有效的技术。凹凸棒石具有独特的孔结构，同时，针、棒状晶体粒子构成的聚集体发育有大小不一的间隙孔。在晶体化学组成上，由于Al可能对Si的部分替代以及配位八面体边缘位置Mg2+的存在，造成了凹凸棒石晶体对金属离子的可置换性。

　　另外，凹凸棒石普遍存在晶格缺陷以及晶体生长缺陷，这些缺陷可成为有效的负电荷中心而吸附金属离子。这些固有的结构特征使凹凸棒石表现出较好的吸附性能，以及较大的比表面积和分散性能。因此，可利用凹凸棒石的吸附能力，通过离子交换作用，固定土壤中的重金属，防止其在土壤中迁移与转运。研究表明，凹凸棒石对有毒重金属Cd有很好的吸附作用，且随着Cd浓度的增加，其对Cd的吸附量增大;在Cd污染土壤中添加少量的凹凸棒石可使玉米的Cd中毒程度降低，促进玉米生长。

　　4、凹凸棒石用于固体废物和放射性核废物处理

　　凹凸棒石黏土是放射性物质和有毒气体极好的吸附剂，能用于防原子辐射和防化学武器，一旦烧结，便可阻止放射性物质的渗漏，例如，用凹凸棒石黏土和水泥使放射性废料固化，再用硅氧烷聚合物封装，或直接埋入土中，均能达此目的。

　　曾明果认为，将凹凸棒石加工成粉状，针对不同的废液，采用不同的活化方法，可获得一系列特效产品，可将放射性元素离子质量分数为10×10-3的废液，处理到<5×10-6的低量环境允许值。吸附了核废料的黏土可经水泥等固化，再简单密封、埋藏，具有明显的经济和环境效益。

　　唐方华发现，200目的凹凸棒石黏土对Cs具有较好的吸附效果。

　　宋金如等研究凹凸棒石黏土吸附U的性能，并采用交换柱，处理了实验室含U废水，使U的去除率达到99.5%，不仅排放液中U的残余浓度小于国家规定的排放允许量(0.05mg/L)，而且柱上的U可用质量分数为5%的HCl解析，用化学法回收，交换柱液可反复使用，该方法操作简单，成本低廉，有可能处理大量含U废水。

　　5、凹凸棒石用作环境载体材料

　　凹凸棒石在晶体化学组成上广泛存在异价类质同晶置换及配位八面体边缘Mg2+占位特点，且普遍存在晶格缺陷及晶体生长缺陷，这些缺陷可成为晶体表面能高聚集区中心和强吸附位点，这些固有的结构特征造成了凹凸棒石晶体有较强的金属离子可置换性，使凹凸棒石与其他无机载体相比，表现出更好的吸附性能，以及大的比表面积和分散性，使之作为载体具有更广阔的前景。

　　胡春等通过浸渍方法将氧化钛粘接在凹凸棒石粒径表面，结果表明，质量分数为2%的TiO2/凹凸棒石具有较高的活性和稳定性，对偶氮染料和废水进行光催化降解时发现脱色率高达100%，COD和TOC去除率分别为69%和63%。

　　胡发社等用硝酸银溶液和经过盐酸活化过的凹凸棒石黏土制成了热分解温度高、稳定性好、安全性好、抗菌能力强、性能持久的新型无机抗菌剂——载银抗菌剂，这种抗菌剂在日常生活中有着极为广泛的应用。

　　Koga等将活化过的凹凸棒石黏土制成颗粒状，用以固定酶，结果发现这种载体具有较好的耐酸性;并且经凹凸棒石黏土固定的酶具有较好的活性。凹凸棒石为载体加载钛氧化物制成的重复使用的固体催化剂，能够提高臭氧的氧化效果，对人工模拟染料废水进行复合催化氧化处理，取得了较好的效果。在pH=11，人工合成染料废水浓度为400mg/L的条件下，m(TiO2):m(凹凸棒石)为1:20的Ti-凹凸棒石催化剂使臭氧氧化效率(以COD去除率计)从21.5%提高到73.8%，重复使用3次后，TiO2流失率和COD去除率都较满意;且Cu、Ag改性凹凸棒石为载体加载钛氧化物，还可用于亚甲基蓝降解脱色。

　　来源：干方群,周健民,王火焰,等.凹凸棒石环境矿物材料的制备及应用[J].土壤.

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