膨潤(rùn)土環(huán)保礦物材料

膨潤(rùn)土是以蒙脫石為主要成分的一種粘土礦物，具有良好的膨脹性、粘接性、吸附性、觸變性、懸浮性、可塑性、潤(rùn)滑性、穩(wěn)定性、環(huán)境友好性和陽(yáng)離子交換性等性能，作為環(huán)保礦物材料在環(huán)境污染治理領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。

      我國(guó)膨潤(rùn)土資源豐富，已經(jīng)探明儲(chǔ)量20多億噸，年開(kāi)采量不足已知儲(chǔ)量的2%。約占世界總量的60％左右。從省份分布上看，我國(guó)膨潤(rùn)土資源分布于23個(gè)省區(qū)，其中查明資源儲(chǔ)量超過(guò)億噸有廣西、新疆、內(nèi)蒙古、江蘇、安徽等10個(gè)省區(qū)。

1、膨潤(rùn)土的環(huán)境功能屬性

（1）膨脹性

      膨潤(rùn)土具有較強(qiáng)的吸水能力，吸水后膨脹，晶層間距擴(kuò)大。鈉基膨潤(rùn)土吸水后膨脹倍數(shù)達(dá)到40倍以上。

（2）吸附性

      膨潤(rùn)土是一種以蒙脫石為主要成分的2:1型礦物，具有較大的表面積和孔容，因而表面能很大，對(duì)氣體、有機(jī)物、重金屬等物質(zhì)具有較強(qiáng)的吸附性。另外，膨潤(rùn)土表面帶有電荷，可以通過(guò)靜電引力吸附帶相反電荷的物質(zhì)。

（3）陽(yáng)離子交換性

      蒙脫石的可交換的陽(yáng)離子主要是指交換性鹽基離子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+等），及部分晶體邊緣破鍵?？山粨Q陽(yáng)離子主要以靜電引力形式吸附于膨潤(rùn)土層間，可以與其他離子、有機(jī)物進(jìn)行交換。低膨脹倍的鈣基膨潤(rùn)土的陽(yáng)離子交換容量為50mmol/100g，而鈉基膨潤(rùn)土的陽(yáng)離子交換容量高達(dá)100mmol/100g左右。

（4）懸浮性和分散性

      由于膨潤(rùn)土顆粒細(xì)小，本身帶有負(fù)電荷，存在靜電斥力作用，因此膨潤(rùn)土在水中可以保持良好的懸浮性。另外，晶體表面又帶有很多的金屬陽(yáng)離子和羥基親水基，因而具有親水性和分散性。

（5）穩(wěn)定性

      膨潤(rùn)土具有良好的熱穩(wěn)定性，能耐300℃高溫（140℃逸出自由水和吸附水，300℃逸出層間水，500℃失去結(jié)晶水）。

（6）無(wú)毒性

      膨潤(rùn)土對(duì)人、畜、植物均無(wú)腐蝕、無(wú)毒害，因此可用為醫(yī)藥載體、飼料添加劑、土壤改良劑及化肥載體。

2、膨潤(rùn)土環(huán)保礦物材料

（1）膨潤(rùn)土防水毯

      膨潤(rùn)土防水毯是膨潤(rùn)土顆粒按照一定質(zhì)量要求均勻平鋪在兩種土工織物之間，通過(guò)針刺等工藝制成含有微小空隙的一種復(fù)合型防水材料。在垃圾填埋場(chǎng)使用膨潤(rùn)土防水毯一方面是阻止污染物進(jìn)入地下水中，徹底將垃圾與環(huán)境隔絕，危害人類(lèi)健康；另一方面也阻止有毒氣體的揮發(fā)。因此，許多國(guó)家逐漸都采用膨潤(rùn)土防水毯作為垃圾填埋場(chǎng)的防滲和液壓屏障材料，并且取得了效果顯著的結(jié)果。同樣的，在金屬尾礦庫(kù)也可以用膨潤(rùn)土防水毯作為襯墊來(lái)減少金屬離子的滲透。

（2）膨潤(rùn)土造紙廢水處理材料

      膨潤(rùn)土在處理造紙廢水時(shí)的優(yōu)勢(shì)在于吸附性能和脫色能力較強(qiáng)，但由于膨潤(rùn)土顆粒細(xì)小，懸浮勝、分散性較強(qiáng)，單獨(dú)使用時(shí)往往會(huì)存在絮凝物脫水性差的缺點(diǎn)，所以一般需要與其他助劑配合使用以降低脫水時(shí)間，縮短處理周期。

（3）膨潤(rùn)土重金屬離子吸附材料

      膨潤(rùn)土對(duì)水體中重金屬離子的去除機(jī)理是基于蒙脫石層間所吸附的陽(yáng)離子與水體中重金屬離子的交換作用，可用于含鉻、鈷、鎳、銅、鋅、鎘、汞、鉛等重金屬離子的去除。研究表明，通過(guò)對(duì)膨潤(rùn)土的改性可顯著提高其對(duì)重金屬離子的去除能力，改性膨潤(rùn)土陽(yáng)離子交換容量（CEC）越大，去除重金屬離子的能力越強(qiáng)。

      專(zhuān)家以鈣基膨潤(rùn)土為原料制備出7種改性膨潤(rùn)土，研究發(fā)現(xiàn)巰基化膨潤(rùn)土對(duì)As3+的吸附效果明顯優(yōu)于原土和其他改性膨潤(rùn)土的，吸附率接近100%，比原土的吸附率提高12倍以上，吸附能力的提高是由于As3+可與巰基化膨潤(rùn)土中的—SH產(chǎn)生結(jié)合所致。巰基化膨潤(rùn)土吸附As3+后的解吸率小于1%，說(shuō)明巰基化膨潤(rùn)土不但可以高效去除水體中的As3+，還能有效固定As3+使其不能解吸重新進(jìn)入水體中，因此是一種理想的As3+吸附材料。

（4）膨潤(rùn)土含磷廢水處理材料

      近年來(lái)，對(duì)改性膨潤(rùn)土吸附劑的研究，為廢水脫磷提供了一條新途徑。專(zhuān)家采用酸和高分子絮凝劑聚二甲基二烯丙基氯化銨和陽(yáng)離子型聚季銨鹽改性膨潤(rùn)土，結(jié)果表明，改性膨潤(rùn)土用量為6g/L，pH=7，吸附時(shí)間為40min，溫度為20℃時(shí)，污水中磷的去除率可達(dá)98%以上。

（5）膨潤(rùn)土印染廢水處理材料

      改性膨潤(rùn)土對(duì)印染廢水的處理以物理吸附為主，專(zhuān)家將鈣基膨潤(rùn)土酸性活化后對(duì)印染廢水進(jìn)行脫色處理，其一次性COD去除率達(dá)76%，色度去除率達(dá)87%。若經(jīng)雙層濾料柱過(guò)濾處理，色度去除率達(dá)93%以上，COD去除率達(dá)78%。

（6）膨潤(rùn)土有機(jī)廢水處理材料

      芳烴類(lèi)化合物毒性大，是難降解的有機(jī)物，對(duì)此類(lèi)廢水的處理多采用有機(jī)改性膨潤(rùn)土，且隨改性劑碳鏈的增長(zhǎng)，改性膨潤(rùn)土吸附能力明顯增加。另外，改性膨潤(rùn)土不但可以作為去除有機(jī)廢水中的污染物，而且還可以作為加快去除廢水中污染工藝的催化劑。在今后的研究中不僅僅要將研究重點(diǎn)放在膨潤(rùn)土作為吸附劑處理廢水中的污染物上，還應(yīng)該將研究重點(diǎn)放在膨潤(rùn)土作為催化劑應(yīng)用于廢水處理工藝中，從而能夠更加有效地去除廢水中的有機(jī)污染物。

（7）膨潤(rùn)土氨氮廢水處理材料

      專(zhuān)家利用煅燒膨潤(rùn)土對(duì)氨氮廢水進(jìn)行了吸附研究，研究結(jié)果表明，經(jīng)鎂離子改性之后的膨潤(rùn)土對(duì)氮有較好的吸附性能，當(dāng)膨潤(rùn)土中的鎂離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)，經(jīng)300℃煅燒2h時(shí)，在pH=6、鎂離子改性膨潤(rùn)土的用量為10g/L，吸附時(shí)間是30min的條件下，對(duì)質(zhì)量濃度為100mg/L的氨氮廢水的去除率可達(dá)91%。

（8）膨潤(rùn)土味精生產(chǎn)廢水處理材料

      味精行業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢水不僅濃度高，而且水量大，目前國(guó)內(nèi)外尚未找到一種好的解決辦法。近年來(lái)，許多學(xué)者利用改性膨潤(rùn)土的分散、吸附、膠體性能回收高濃度味精廢水中的谷氨酸生成菌和其它有機(jī)物，取得了一定效果。

（9）膨潤(rùn)土含油廢水處理材料

      專(zhuān)家等人分別用碳酸鈉（Na2CO3）和嗅化十六烷基三甲銨（CTMAB）對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性，結(jié)果表明，有機(jī)改性膨潤(rùn)土除油效果比鈉化改性膨潤(rùn)土和提純土好，其飽和吸附容量也遠(yuǎn)高于提純土；對(duì)于濃度221mg/L的含油廢水，有機(jī)膨潤(rùn)土用量為5.0g/L，油的去除率可達(dá)97%

（10）膨潤(rùn)土農(nóng)藥廢水處理材料

      專(zhuān)家研究了酸化和鍛燒改性的膨潤(rùn)土對(duì)樂(lè)果廢水的吸附作用。結(jié)果表明，改性方法能夠明顯改善膨潤(rùn)土在水中的沉降與過(guò)濾性能，較大地提高膨潤(rùn)土對(duì)樂(lè)果的吸附能力。用2mol/L的硫酸酸化，經(jīng)300℃煅燒處理后所得的膨潤(rùn)土對(duì)樂(lè)果的吸附量可達(dá)20.4mg/g。對(duì)濃度為60mg/L的樂(lè)果廢水，當(dāng)吸附劑的用量為17g/L時(shí)，樂(lè)果的去除率可達(dá)85%。

（11）膨潤(rùn)土氟離子處理材料

      為了有效去除水體中的氟離子，并解決粉末狀膨潤(rùn)土在水處理應(yīng)用中存在的膨脹性大、固液相分離難、吸附性能低的問(wèn)題，專(zhuān)家采用水溶液聚合法，以膨潤(rùn)土為原料、丙烯酰胺為聚合單體，合成出復(fù)合膨潤(rùn)土，發(fā)現(xiàn)丙烯酰胺在膨潤(rùn)土中發(fā)生插層聚合并與膨潤(rùn)土形成均一復(fù)合物。當(dāng)膨潤(rùn)土質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%時(shí)，F(xiàn)-的去除率可達(dá)73.94%，高于純鈣基膨潤(rùn)土對(duì)F-的吸附性能。同時(shí)，吸附F-后的復(fù)合膨潤(rùn)土可用硫酸鋁水溶液再生多次循環(huán)使用，且再生復(fù)合膨潤(rùn)土比初始復(fù)合膨潤(rùn)土具有更高的除氟活性。

（12）膨潤(rùn)土放射性廢物處理材料

      膨潤(rùn)土可用作核吸附劑，放射性核素在膨潤(rùn)土上的吸附有效的阻止了其在廢物處置時(shí)的遷移；地下水在膨潤(rùn)土中的移動(dòng)非常慢，也減緩了放射性核素在膨潤(rùn)土中的遷移。此外，有機(jī)土的熱穩(wěn)定性可達(dá)200℃，使其在核廢物工程屏蔽中有更好的利用。

（13）膨潤(rùn)土貓砂

      顆粒膨潤(rùn)土，也稱(chēng)貓砂，是由優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤(rùn)土為原料，經(jīng)前處理、擠壓、供干、造粒、蹄分、后處理精制而成的一種粒狀產(chǎn)品，具有吸水性強(qiáng)、用量少、吸附力強(qiáng)、清潔無(wú)異味、潔凈除臭、無(wú)粉塵污染、易結(jié)團(tuán)、團(tuán)塊牢固、易清理等優(yōu)點(diǎn)，受到寵物飼養(yǎng)者的歡迎。適用于城市家庭寵物塾圈，有利于貓犬等家庭寵物的健康生長(zhǎng)及保持家庭環(huán)境清潔衛(wèi)生。

（14）膨潤(rùn)土空氣污染治理材料

      膨潤(rùn)土的比表面積大，吸附性強(qiáng)，經(jīng)簡(jiǎn)單的處理之后，可作為吸附過(guò)濾材料用于臭氣、毒氣及有害氣體NOx、SOx、H2S等的吸附過(guò)濾。如日本等已有膨潤(rùn)土用于空氣凈化專(zhuān)利產(chǎn)品，包括：以蒙脫石為基質(zhì)制取室內(nèi)空氣凈化劑，膨潤(rùn)土與氫氧化鈣、含堿及堿土金屬氯酸鹽混合作凈化空氣的吸附劑，膨潤(rùn)土與MgO、CaCO3混合干燥制成顆粒作為空氣氧化硫分離劑，膨潤(rùn)土和鈷化物在800℃以上高溫下焙燒制成催化劑用于內(nèi)燃機(jī)廢氣凈化等。

（15）膨潤(rùn)土土壤修復(fù)材料

      在土壤中摻拌膨潤(rùn)土，可以刺激固氮細(xì)菌的固氮作用，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，也能抵抗有害的鐮刀菌枯桿菌病毒，進(jìn)入土壤中使各種殺蟲(chóng)劑、殺菌劑、除草劑失去藥性毒性。膨潤(rùn)土對(duì)鉛的吸附力比對(duì)鈣的吸附力大2-3倍，對(duì)鉻的吸附作用較強(qiáng)。土壤中的粘土礦物，有機(jī)質(zhì)和土壤體可通過(guò)物理吸附和化學(xué)吸附作用，將有機(jī)農(nóng)藥固定，使農(nóng)藥的遷移能力和毒性降低。利用土壤中廣泛分布的天然粘土特別是膨潤(rùn)土礦物治理土壤重金屬污染物，體現(xiàn)了利用天然礦物發(fā)揮自?xún)糇饔玫奶攸c(diǎn)，揭示了粘土礦物在環(huán)境演變和治理過(guò)程中的重要作用。

（16）膨潤(rùn)土催化劑載體

      由于層柱黏土的特殊結(jié)構(gòu)，使膨潤(rùn)土在具有氧化還原作用的催化過(guò)程中能夠容納轉(zhuǎn)換的金屬離子，并可改變其氧化態(tài)而作為催化劑的載體。因此，可用于制備鐵交聯(lián)膨潤(rùn)土、插層膨潤(rùn)土負(fù)載摻鐵TiO2光催化劑、TiO2/膨潤(rùn)土等廢水催化材料。專(zhuān)家制成鐵鈦雙金屬共柱撐膨潤(rùn)土，將其作為催化劑處理苯酚廢水。改性后膨潤(rùn)土活性穩(wěn)定，比表面積為原來(lái)的5倍，且使芬頓反應(yīng)發(fā)生的pH范圍擴(kuò)大了，在中性條件下苯酚的降解率可達(dá)95%。鐵的溶出率也十分低，小于2mg/L，有效的解決了芬頓反應(yīng)中鐵離子流失問(wèn)題。

      由上述可見(jiàn)，膨潤(rùn)土由于資源十分豐富，價(jià)格低廉，易獲得，改性或活化方法相對(duì)簡(jiǎn)單，具有較高的物理、化學(xué)和生物穩(wěn)定性，比較容易再生等特點(diǎn)，是治理水污染、重金屬污染等理想的環(huán)境礦物材料。另外，將天然膨潤(rùn)土直接應(yīng)用于環(huán)境污染治理有一定的局限性，如吸附效果差，體系離子強(qiáng)度影響大等。因此，需要根據(jù)不同的需求，利用其結(jié)構(gòu)特征，對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性處理。通過(guò)對(duì)膨潤(rùn)土面性質(zhì)以及層間結(jié)構(gòu)的修飾，可以大大提高膨潤(rùn)土對(duì)污染物的吸附性和選擇性，更好的應(yīng)用于環(huán)境領(lǐng)域。

 

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