蒙脫石改性及其在汙水處理中的應用

發布時間:2021-07-26  浏覽次數:
吸附技術的關鍵是制備環保、廉價、高效的吸附劑。粘土和粘土複合材料因爲獨特的結構已經發展成爲從水溶液中去除汙染物的高效吸附劑。其中蒙脫石是最具膨脹性的礦物之一,具有較大的比表面積和可膨脹的層狀結構,其優異的吸附性能被用于去除水溶液中的各種汙染物。
  
  1、原始蒙脫石去除水中汙染物
  
  原始蒙脫石可以有效地吸收重金屬離子和陽離子染料等陽離子汙染物,其吸附機理主要爲陽離子交換。其中原始蒙脫石對于重金屬陽離子吸附的吸附性能已有許多報道。
 
  
  2、酸洗蒙脫石去除水中汙染物
  
  酸活化是指在高溫下用相當高濃度的無機酸處理礦物。蒙脫石進行酸活化(常用HCl或H2SO4溶液),可使蒙脫石部分溶解,在酸洗的過程中可去除礦物雜質同時也可以將部分結垢元素浸出,導致蒙脫石的表面性質也發生改變。
  許多研究者發現經過酸洗的蒙脫石比原始蒙脫石對汙染物吸附效果更好。酸改性除了能提高蒙脫石對重金屬的處理效果之外,也有研究者證明了酸化能提高蒙脫石對其他汙染物的吸附,如陰離子RB-81和DB-74染料等。
  
  3、熱處理蒙脫石去除水中汙染物
  
  熱活化是一種簡單、經濟的方法,可以改變其結構和表面性質,適合于吸附去除環境汙染物。
  Attar等研究了熱處理膨潤土對137Cs和85Sr的吸附,實驗結果表明材料在加熱時發生脫水和脫羟基,同時137Cs的主要吸收過程是離子交換機制,而在85Sr的情況下,與表面OH-基團結合和Sr(OH)2共沈澱是主要吸收過程。
  
  4、有機物改性蒙脫石去除水中汙染物
  有機改性是利用有機官能團或有機物取代蒙脫石層間可交換的陽離子或結構水。由于有機改性劑能增加蒙脫石層間距和表面官能團含量,改性蒙脫石對重金屬和有機物的吸附性能明顯提高。

  (1)有機陽離子改性蒙脫石
  常見的用于改性蒙脫石的有機陽離子包括四甲基铵(TMA)、結晶紫、亞甲基藍等。Zhu等研究了四甲基铵插層膨潤土及其降電荷膨潤土內外矽氧烷表面對脂肪族和芳香族化合物的吸附,結果表明TMA+降低膨潤土層間電荷和飽和度,能改善層間微環境,顯著促進中性有機物(NOCs)的吸附,另外空間位阻和苯基效應控制了NOCs在TMA+膨潤土內矽氧烷表面的吸附。
  (2)陽離子表面活性劑改性蒙脫石
  陽離子表面活性劑改性蒙脫石通常指含有至少一個長烷基鏈的有機陽離子(即陽離子表面活性劑)合成的。最爲常見的有十六烷基三甲基铵(HDTMA)。該類O蒙脫石可以去除疏水性有機物(HOC)、陰離子汙染物、重金屬離子和放射性離子等。
  粘土礦物由于其負電荷和表面親水性,因而對疏水和陰離子汙染物的吸附能力相對較低。用陽離子表面活性劑改性蒙脫石可以增強對HOC和陰離子汙染物的吸附能力,同時這類O蒙脫石上存在電荷平衡無機離子可能會降低其疏水性,從而降低其攝取HOC的能力。
  (3)其他有機改性蒙脫石
  運用天然聚合物或豐富的生物質對礦物進行改性是當前制備礦物複合材料的熱點,殼聚糖是一種很好的金屬離子配位體,能選擇性和高效地與過渡金屬離子形成CTS金屬離子複合物和配位鍵。Chen等制備了蒙脫土中空層狀介孔球(MMTNS@CS-HMPHS),結果表明在MMTNS@CS空心球殼上形成了介孔孔道,從而獲得了較高的比表面積,同時還具有MMT和殼聚糖的活性中心,大大提高了其在吸附、藥物傳遞和催化劑載體等方面的性能。
  除了殼聚糖外,還有各種各樣的其他聚合物,如纖維素、聚丙烯酰胺等。
  5、無機改性蒙脫石去除水中汙染物
  (1)羟基金屬改性蒙脫石
  在各種無機改性蒙脫石中,由于Hyd-Mt具有大的SSA和豐富的化學活性表面基團,羟基金屬聚陽離子(Hyd)已經是最常見的無機改性劑。迄今爲止,各種羟基金屬聚陽離子(如羟基鋁、羟基鐵、羟基鉻等)已被用于合成Hyd-Mt。
  蒙脫石存在比表面積小、層間距窄、表面疏水等不足之處,采用Al3+水合物柱撐改性的方法,可以産生更高的永久孔隙率和更寬的夾層被廣泛應用。最常用的無機柱撐劑就是羟基鋁聚陽離子(Al13)。鋁柱撐粘土(Al-蒙脫石)是通過Al13陽離子的插層來獲得的,鋁柱撐粘土比有機粘土更具有熱穩定性和多孔性,可用于去除水中的重金屬和氧陰離子汙染物等。
  (2)納米顆粒負載蒙脫石
  近年來,在粘土礦物的層間空間中加入納米結構材料合成的納米複合材料因其特殊的物理化學性質和在不同領域的潛在應用而受到越來越多的關注。蒙脫石納米結構材料除了具有高比表面積外,還具有催化電位高、反應活性高等特點,使其比普通蒙脫石材料具有更好的吸附性能。
  Soliemanzadeh等利用綠茶提取物制備了膨潤土負載的“綠色”納米零價鐵(B-nZVI),結果表明,合成的B-nZVI對Cr(Ⅵ)的吸附量遠高于膨潤土,吸附高度依賴于pH值,在2~6的pH範圍內提供最大吸附量,且吸附過程爲化學吸附過程。
  
  6、無機-有機改性蒙脫石去除水中汙染物
 
  有機-無機改性運用較普遍的就是陽離子表面活性劑和金屬羟基聚陽離子插層組合。同時Fe(Ⅲ)、Cr(Ⅱ)和Ti(Ⅱ)等羟基聚陽離子可代替羟基鋁用作無機改性劑和柱撐劑。Bouberka等證明了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)存在下的鉻插層膨潤土比鋁插層膨潤土具有更好的吸附性能,陰離子染料酸性染料超醇黃4GL(S.Y.4GL)在三種情況下的平衡吸附容量分別爲142、85、128.20mg/g。
  資料來源:《聶發輝,吳欽,吳道,等.改性蒙脫石在汙水處理中的應用現狀及進展[J].應用化工,2021,50(03):805-811》,由【粉體技術網】編輯整理,轉載請注明出處!

推薦文章