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蒙脱石改性及其在污水处理中的应用
时间:2021-07-26 19:40:13 来源:粉体技术网 点击:
吸附技术的关键是制备环保、廉价、高效的吸附剂。粘土和粘土复合材料因为独特的结构已经发展成为从水溶液中去除污染物的高效吸附剂。其中蒙脱石是最具膨胀性的矿物之一,具有较大的比表面积和可膨胀的层状结构,其优异的吸附性能被用于去除水溶液中的各种污染物。
  
  1、原始蒙脱石去除水中污染物
  
  原始蒙脱石可以有效地吸收重金属离子和阳离子染料等阳离子污染物,其吸附机理主要为阳离子交换。其中原始蒙脱石对于重金属阳离子吸附的吸附性能已有许多报道。
 
  
  2、酸洗蒙脱石去除水中污染物
  
  酸活化是指在高温下用相当高浓度的无机酸处理矿物。蒙脱石进行酸活化(常用HCl或H2SO4溶液),可使蒙脱石部分溶解,在酸洗的过程中可去除矿物杂质同时也可以将部分结垢元素浸出,导致蒙脱石的表面性质也发生改变。
  许多研究者发现经过酸洗的蒙脱石比原始蒙脱石对污染物吸附效果更好。酸改性除了能提高蒙脱石对重金属的处理效果之外,也有研究者证明了酸化能提高蒙脱石对其他污染物的吸附,如阴离子RB-81和DB-74染料等。
  
  3、热处理蒙脱石去除水中污染物
  
  热活化是一种简单、经济的方法,可以改变其结构和表面性质,适合于吸附去除环境污染物。
  Attar等研究了热处理膨润土对137Cs和85Sr的吸附,实验结果表明材料在加热时发生脱水和脱羟基,同时137Cs的主要吸收过程是离子交换机制,而在85Sr的情况下,与表面OH-基团结合和Sr(OH)2共沉淀是主要吸收过程。
  
  4、有机物改性蒙脱石去除水中污染物
  有机改性是利用有机官能团或有机物取代蒙脱石层间可交换的阳离子或结构水。由于有机改性剂能增加蒙脱石层间距和表面官能团含量,改性蒙脱石对重金属和有机物的吸附性能明显提高。

  (1)有机阳离子改性蒙脱石
  常见的用于改性蒙脱石的有机阳离子包括四甲基铵(TMA)、结晶紫、亚甲基蓝等。Zhu等研究了四甲基铵插层膨润土及其降电荷膨润土内外硅氧烷表面对脂肪族和芳香族化合物的吸附,结果表明TMA+降低膨润土层间电荷和饱和度,能改善层间微环境,显著促进中性有机物(NOCs)的吸附,另外空间位阻和苯基效应控制了NOCs在TMA+膨润土内硅氧烷表面的吸附。
  (2)阳离子表面活性剂改性蒙脱石
  阳离子表面活性剂改性蒙脱石通常指含有至少一个长烷基链的有机阳离子(即阳离子表面活性剂)合成的。最为常见的有十六烷基三甲基铵(HDTMA)。该类O蒙脱石可以去除疏水性有机物(HOC)、阴离子污染物、重金属离子和放射性离子等。
  粘土矿物由于其负电荷和表面亲水性,因而对疏水和阴离子污染物的吸附能力相对较低。用阳离子表面活性剂改性蒙脱石可以增强对HOC和阴离子污染物的吸附能力,同时这类O蒙脱石上存在电荷平衡无机离子可能会降低其疏水性,从而降低其摄取HOC的能力。
  (3)其他有机改性蒙脱石
  运用天然聚合物或丰富的生物质对矿物进行改性是当前制备矿物复合材料的热点,壳聚糖是一种很好的金属离子配位体,能选择性和高效地与过渡金属离子形成CTS金属离子复合物和配位键。Chen等制备了蒙脱土中空层状介孔球(MMTNS@CS-HMPHS),结果表明在MMTNS@CS空心球壳上形成了介孔孔道,从而获得了较高的比表面积,同时还具有MMT和壳聚糖的活性中心,大大提高了其在吸附、药物传递和催化剂载体等方面的性能。
  除了壳聚糖外,还有各种各样的其他聚合物,如纤维素、聚丙烯酰胺等。
  5、无机改性蒙脱石去除水中污染物
  (1)羟基金属改性蒙脱石
  在各种无机改性蒙脱石中,由于Hyd-Mt具有大的SSA和丰富的化学活性表面基团,羟基金属聚阳离子(Hyd)已经是最常见的无机改性剂。迄今为止,各种羟基金属聚阳离子(如羟基铝、羟基铁、羟基铬等)已被用于合成Hyd-Mt。
  蒙脱石存在比表面积小、层间距窄、表面疏水等不足之处,采用Al3+水合物柱撑改性的方法,可以产生更高的永久孔隙率和更宽的夹层被广泛应用。最常用的无机柱撑剂就是羟基铝聚阳离子(Al13)。铝柱撑粘土(Al-蒙脱石)是通过Al13阳离子的插层来获得的,铝柱撑粘土比有机粘土更具有热稳定性和多孔性,可用于去除水中的重金属和氧阴离子污染物等。
  (2)纳米颗粒负载蒙脱石
  近年来,在粘土矿物的层间空间中加入纳米结构材料合成的纳米复合材料因其特殊的物理化学性质和在不同领域的潜在应用而受到越来越多的关注。蒙脱石纳米结构材料除了具有高比表面积外,还具有催化电位高、反应活性高等特点,使其比普通蒙脱石材料具有更好的吸附性能。
  Soliemanzadeh等利用绿茶提取物制备了膨润土负载的“绿色”纳米零价铁(B-nZVI),结果表明,合成的B-nZVI对Cr(Ⅵ)的吸附量远高于膨润土,吸附高度依赖于pH值,在2~6的pH范围内提供最大吸附量,且吸附过程为化学吸附过程。
  
  6、无机-有机改性蒙脱石去除水中污染物
 
  有机-无机改性运用较普遍的就是阳离子表面活性剂和金属羟基聚阳离子插层组合。同时Fe(Ⅲ)、Cr(Ⅱ)和Ti(Ⅱ)等羟基聚阳离子可代替羟基铝用作无机改性剂和柱撑剂。Bouberka等证明了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)存在下的铬插层膨润土比铝插层膨润土具有更好的吸附性能,阴离子染料酸性染料超醇黄4GL(S.Y.4GL)在三种情况下的平衡吸附容量分别为142、85、128.20mg/g。
  资料来源:《聂发辉,吴钦,吴道,等.改性蒙脱石在污水处理中的应用现状及进展[J].应用化工,2021,50(03):805-811》,由【粉体技术网】编辑整理,转载请注明出处!