海泡石在環(huán)境治理領域的應用

/海泡石在環(huán)境整治領域的應用環(huán)境礦物材料因具有資源豐富、價格低廉等優(yōu)點成為近年來國內(nèi)外討論工的熱點。環(huán)境礦物材料可定義為由礦物及其改性產(chǎn)物構成的與生態(tài)環(huán)境具有良好協(xié)調(diào)性或直接具有防治污染和修復環(huán)境功能的一類礦物材料。利用環(huán)境礦物材料如活性炭、海泡石、蒙脫石、硅藻土等吸附處理廢水已得到越來越廣泛的應用，并取得了很好的效果。由于坡縷石、海泡石、沸石、膨潤土、累托石等為典型的天然納米粘土礦物材料,基于其特有的孔道結構、晶體表面生長缺陷的發(fā)育和納米級尺寸效應,經(jīng)充分分散處理后具有大比表面積和超強吸附性。海泡石作為一種新型的礦物原材料,在我國河南、湖南、湖北、安徽和河北均有豐富的儲量。重要成分為SiO2、MgO和H2O，相對密度2.4～2.6，外觀為灰白色束狀纖維或粉末。海泡石無毒無味，具有較高的熱穩(wěn)定性，特別是貫穿整個結構、截面積為0.36nm1.06nm的管狀通道和孔洞，使其具有高達900m2/g的比表面積，具有很強的吸附本領，可以吸附大量的極性物質。海泡石是一種富鎂纖維狀硅酸鹽粘土礦物，結構通式為是Si12O30Mg8（OHF）48H2O，是目前比表面積最高的天然無機礦物質。海泡石本身的特別結構決議了它具有3種特性，即吸附性、流變性和催化性。海泡石具有有很好的吸附、流變、催化、阻燃、耐腐蝕等性能?；谶@些特性，海泡石已廣泛應用在化工、醫(yī)藥、環(huán)保、軍事、冶金、石油、建材、食品加工、農(nóng)業(yè)等部門。據(jù)目前國內(nèi)外的資料統(tǒng)計，海泡石的用途達130多種，成為世界上用途最廣的礦物原材料之一。海泡石由于獨特的晶體結構而具有比表面積大、吸附性能好和離子交換本領強的特點，并且價格低廉，儲量豐富，加工處理工藝相對簡單，應用于環(huán)境保護，具有投資少、處理效果好且無二次污染等優(yōu)點，因此在環(huán)境整治方面有廣闊的應用前景。1廢水處理1.1重金屬廢水改性海泡石吸附重金屬離子的重要形式為表面絡合吸附和離子交換吸附。海泡石經(jīng)改性后其網(wǎng)狀孔徑變大，表面更多的酸性羥基暴露出來，這些羥基和水分子可與重金屬離子絡合，這種吸附屬于表面絡合吸附。在吸附過程中，重金屬離子與改性海泡石中可交換的陽離子發(fā)生離子交換反應，這種吸附屬于離子交換吸附。改性后的海泡石對重金屬離子有較好的吸附性，如用1.0mol/L的HCl溶液對海泡石處理后再在450℃下灼燒而得的改性海泡石對電鍍廢水中重金屬離子Pb2+、Cu2+、Cd2+有很好的吸附本領，處理后的廢水中重金屬離子含量達到國家排放標準；用HCl溶液浸泡后再在420℃下烘烤改性后的海泡石，用于含Pb2+、Cd2+、Hg2+等重金屬離子冶金廢水的處理，去除率達100%，處理后的廢水中含量明顯低于國標GBJ4—73中容許的最高排放濃度；經(jīng)酸改性后的海泡石可有效去除工業(yè)廢水中Pb2+、Cu2+、Cd2+、CO2+、Zn2+金屬陽離子，吸附力的次序為Cu2+Zn2+Cd2+Pb2+=CO2+，處理效果達到國際排放標準；酸和離子改性的海泡石對工業(yè)廢水中的微量重金屬離子吸附效果好，吸附容量為Cd2+Cu2+Zn2+Ni2+，對于Cd2+離子的吸附量達到8.26mg/g，達到凈化的目的；用Fe3+對海泡石進行改性后，可有效地吸附去除水中的負離子，如鉻、砷離子，對鉻離子的吸附效率達到92%，同時表明它對氯離子也有較高的吸附效率；用FeCl3改性的天然海泡石對砷的去除率大于95%，處理后的水中砷含量低于0.05mg/L國際飲用水標準。由討論結果表明，海泡石在處理含有害離子廢水方面有很好的應用前景，特別是經(jīng)Fe3+改性的海泡石為重離子廢水的處理供給了一條有價值的途徑。1.2有機廢水海泡石結構中存在兩個吸附位，一個是硅酸鹽外表面的硅烷醇基團形成的中性吸附位，另一個是用低價金屬離子替代Si4+形成的負電吸附位，這兩種吸附位在海泡石上的分布使得它對中性有機分子或有機陽離子有很強的吸附本領。經(jīng)討論發(fā)覺，天然海泡石用1%（Wt）稀鹽酸改性并在100℃下烘干后處理一價有機陽離子亞甲基藍（MB）和結晶紫（CV）以及二價有機陽離子甲基綠（MG），MB和CV的最大吸附量，分別達到海泡石陽離子交換容量（CEC）的4.1倍和5.3倍；而MG的最大吸附量僅為1.4倍CEC。這重要可歸結為其對一價陽離子的吸附，除發(fā)生在帶負電位上外，還可發(fā)生在中性位；而對于二價陽離子來說，吸附僅僅是以離子交換為主。E.Sabah等人對海泡石首先在300℃下進行熱活化，然后用NHN03在室溫下酸化3h，用于吸附廢水中的溴化十二烷基三甲銨（DTAB）、溴化十六碳烷基三甲銨（HTAB）、長碳鏈和短碳鏈季錢鹽等有機化合物均有很好的效果。G.Rytwo通過試驗也得出了同樣結論，即海泡石中性吸附位是具有強吸附性的重要原因。海泡石不僅可用來吸附有機陽離子，也可以吸附有機陰離子，如下相關試驗均取得了很好的結果。OrhanOzdemir等人用典型季銨表面活性劑十六碳烷基三甲銨對海泡石改性，使其表面疏水，并由于負電荷被中和表面積累了大量正電荷；由于靜電吸引作用海泡石能對帶負電的染料分子產(chǎn)生吸附作用；用改性海泡石對Everzol黃、黑、紅三種含陰離子磺酸基染料進行吸附得出最大吸附容量分別為169.1g/kg、120.5g/kg和108.8g/kg。1.3無機非金屬廢水用海泡石處理富營養(yǎng)化的污水也有很好的效果。有創(chuàng)造公開了一種以坡縷石、海泡石為載體的水凈化劑及其制備與使用方法。它是在坡縷石、海泡石的礦物晶格內(nèi)及其表面附搭載了三價鐵離子及其氫氧化物，按重量百分比計，鐵元素在催化劑中的含量為1～25％。這種水凈化劑以天然坡縷石、海泡石為重要原材料，它具有來源廣泛、價格低廉的優(yōu)點，而且它制備工藝簡單，使用便利，對水體中的陰離子污染物，如可溶性磷、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮，以及表面帶有負電荷的浮游藻類具有很強的吸附本領，兼有抑制水體富營養(yǎng)化和殺滅浮游藻類雙重功效，適合于水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的水體凈化，常規(guī)使用能凈化水質，防備水產(chǎn)病害的發(fā)生。赤潮發(fā)生時，將它噴灑在赤潮海疆，能在短時間內(nèi)使藻類沉入海底死亡，可將赤潮阻攔在養(yǎng)殖海疆外。試驗室討論中，用Al2（SO4）3活化處理后的改性海泡石，在pH值為6～7時，對含氟濃度為5mg/L的高氟水進行了去除試驗，去氟率達到86.5%，達到了國家飲用水標準，且不會引起二次污染利用海泡石與氯化鎂等無機物在適當條件下反應而研制成的新型復合吸附劑經(jīng)過l%的HCl改性后能較好的吸附廢水中的磷，去除率達98%，吸附容量在27mg/g；Sunabalci經(jīng)討論發(fā)覺海泡石對廢水中的銨離子吸附效果良好，對含氮化合物中NH4的汲取為3.5mmol/g，去除率達到90%以上，其中60%的氮被轉化為無毒物質。1.4放射性元素廢水鄭宜昌討論了瀏陽海泡石粘土對放射性核素Sr2+的吸附性能。結果表明:海泡石粘土對水溶液中放射性核素Sr2+具有肯定吸附本領，堿性環(huán)境下更有利于吸附作用的進行。酸活化和熱活化處理均可不同程度提高海泡石粘土對Sr2+的吸附效果；用15%的鹽酸酸化并在120℃溫度下烘烤而得的改性海泡石與微生物（TemersoniiCBS81470）的混合吸附劑處理含鈾廢水，去除率可達98%以上。1.5有色廢水江西樂平海泡石資源豐富，海泡石質量優(yōu)于湖南海泡石，用于處理紡織印染廢水，吸附容量30.7mg/g，脫色效果理想（脫色率90%），CODcr去除率雖只達到70%～80%，但可以海泡石吸附作為預處理手段，以減輕后續(xù)處理的負擔，也可望通過對海泡石改性或以海泡石為重要成分研制高效的復合吸附劑，而使CODcr去除率得到提高。作為一種低廉的吸附劑，海泡石具有較好的工業(yè)應用價值和開發(fā)應用價值。2有害氣體吸附凈化海泡石對有惡臭味或有害氣體具有良好的吸附性，尤其是對含氮化合物，如氨氣、甲醛、硫化物、腐胺和尸胺等有極強的吸附作用，廣泛用于干燥劑和吸附除臭劑等。經(jīng)酸改性的海泡石對NH3、Cl2、H2S、SO2、HCl和Cl2有極強的吸附性，其吸附本領為:HClCl2SO2，NH3H2S；改性的海泡石加入肯定量的活性炭是卷煙過濾嘴的理想原材料，可去除危害人體的腈、丙酮和丙烯醛等氣態(tài)的極性化合物，并吸附煙霧中的CO、CO2等小顆粒；如用110～500℃的溫度熱改性海泡石能夠去除N2，CO2，NH3和H2O；改性海泡石適于室內(nèi)懸掛凈化空氣，放置于冰箱中可極大地降低有害氣體的濃度，保持冰箱的清潔；也可用于紙張中，作為鞋底、鞋墊和墻壁裝飾紙等，達到除味吸濕目的。另有創(chuàng)造公開了一種脫除高溫氣體中堿金屬蒸氣的吸附劑及其制備方法，所述的吸附劑以SiO2、Al2O3為重要成分的礦物（如高嶺土、海泡石、鋁土和硅藻土）為活性組分，另外添加適量無機或有機粘結劑和擴孔劑，以提高活性組分的吸附本領、吸附劑孔隙率和穩(wěn)定性。其具有成本低和制備簡單等特點，可應用于脫除高溫燃氣和其他工業(yè)氣體中堿金屬蒸氣領域。3土壤修復海泡石的吸附和離子交換本領還可應用于污染土壤的修復。王長偉等人通過盆栽試驗討論了海泡石、磷酸鹽以及二者復配施用對重金屬Cd、Pb復合污染土壤的鈍化修復效應。結果表明，海泡石單一處理對油菜生長沒有顯著的促進作用，而磷酸鹽單一處理以及海泡石與磷酸鹽復合處理可以顯著提高油菜地上部和根部生物量。海泡石與磷酸鹽復合處理對降低油菜地上部Cd、Pb質量比效果最為顯著，最大降低率分別可達59.76%和38.95%；磷酸鹽單一處理降低油菜根部Cd、Pb質量比效果最好，最大降低率可達32.19%和44.30%；海泡石單一處理降低油菜Cd、Pb汲取的效果最差。不同鈍化劑處理均可顯著提高土壤pH值。絕大鈍化劑處理均可顯著降低土壤有效態(tài)Cd、Pb質量比。綜合試驗結果，6%海泡石與磷酸鹽復合處理對土壤Cd、Pb復合污染的鈍化修復效果最好。4環(huán)保型建材涂料如何從源頭掌控室內(nèi)裝飾造成的污染，這是多年來人們普遍關注的一個問題，具有吸附本領的海泡石涂料的研制成功，從一個方面對這一問題給出了很好的答案。這種新型海泡石涂料重要有四個特點：一個是本身無污染，二是可以吸附空氣當中的甲醛等污染物質，三是可以調(diào)整空氣濕度，四是具有吸音、降噪效果。海泡石可取代石棉，應用于保溫、隔熱、絕緣、隔音工業(yè)及磨擦材料工業(yè)中。用海泡石形成的涂敷性保溫材料，因其具有導熱性低，保溫性能好，熱損失低，強度高的特性，且無毒、無污染、耐油、耐堿、耐腐蝕，還能防火、防燃、附著力強、不易裂縫等性能。此外，海泡石保溫材料還具有用量少、涂料薄，對管道可直接涂敷，不用捆扎的特點，因而施工便利，且降低成本，節(jié)省能耗。目前，全國很多保溫、密封材料廠都重視了海泡石的特別保溫節(jié)能方面的應用。有創(chuàng)造公開了一種環(huán)保型復合保溫材料，它由下述組份構成：海泡石100重量份；英石15—20重量份；硅酸纖維棉8—12重量份；膨脹珍珠巖45—55重量份；水玻璃10—15重量份；以及1788膠1—3重量份。這種材料，存儲便利、保溫效果好、防火性能好，并完全符合環(huán)保要求。另外有討論將海泡石作為一種具有自調(diào)濕功能的建材添加劑，其重量組分為海泡石族礦物：10～70份；木質纖維：2～40份；復合磷酸鹽：5～40份；纖維素：0.1～10份；活性炭：2～10.5份；無機抗菌劑：0～3份；防霉劑：0～3份。其制備工藝包括海泡石族礦物的酸洗、活化以及各組分的混合、制漿、成型、焙燒和碎裂。將該添加劑加入各種建筑材料中，可制成具有良好自動調(diào)濕功能以及抗菌、防霉功能的建筑材料。能有效改善居室和工作場所的室內(nèi)環(huán)境空氣質量，其原材料取得簡單，生產(chǎn)工藝簡單，制造成本低，可以削減或取消室內(nèi)空氣濕度調(diào)整裝置的運行時間和次數(shù)，節(jié)省能源，具有良好的市場前景和推廣應用價值。應用海泡石制作保健建筑裝飾板材，對人體健康安全無損，無毒無味、無污染，并且有較好的強度和透氣、吸水性能，還具有防火防潮功能，可廣泛用于各種建筑場所的裝飾。在摩擦材料中加入海泡石膠體代替石棉作加強基料，可使其具有韌性好，抗拉和抗彎度大，沖擊強度高，抗高溫衰退性好，磨損小，特別是高溫磨損小。此外，密度比石棉摩擦片小，剎車無噪音，無致癌物，無污染，且能降低成本，提高質量。5展望由于海泡石具有巨大的比表面和獨特的孔結構，吸附性能好和離子交換本領強的特點，海泡石的用途非常廣泛，在環(huán)保領域中，由于其比表面僅次于活性炭,而其價格卻非常低廉,因此海泡石作為環(huán)境保護中的吸附劑和催化劑載體具有廣闊的應用前景。在這方面,國內(nèi)外學者對海泡石的討論尚屬進展階段。另外,稀土元素在海泡石上的應用討論較缺乏,尤其