(中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉)環(huán)境問(wèn)題是經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展的產(chǎn)物, 隨著(zhù)經(jīng)濟和社會(huì )的發(fā)展而發(fā)展，老的環(huán)境問(wèn)題解決了, 新的問(wèn)題又會(huì )出現。因此開(kāi)發(fā)資源型環(huán)保礦物材料既可擴大礦物資源的綜合利用, 又可大幅度降低環(huán)境污染治理的成本。
經(jīng)國內外專(zhuān)家研究證明, 一些非金屬礦物具備儲量大、價(jià)格低、處理成本低、效果好、二次污染小和可重復使用等優(yōu)點(diǎn)。海泡石是其中一種, 在石油、化工、農業(yè)和環(huán)境等領(lǐng)域內具有廣泛的應用前景。
1 天然海泡石的結構與性質(zhì)
海泡石屬斜方晶系，為鏈層狀水鎂硅酸鹽或鎂鋁硅酸鹽礦物，主要化學(xué)成分是硅和鎂，化學(xué)式為Mg8Si12O30( OH)4(H2O)8H2O。晶體結構模型如圖1所示。其結構具有2層硅氧四面體, 中間1層為鎂氧八面體。硅氧四面體的頂層是連續的, 沿c方向平行延伸呈三鏈結構, 每6個(gè)硅氧四面體頂角相反, 通過(guò)四角的公共氧原子相互聯(lián)結形成的層狀結構, 上下層相間排列與鍵平行, 截面積約為0.38 nm*0.94 nm 的孔道。水分子和可交換的陽(yáng)離子K+ 、Na+ 、Ca2+ 等就位于其中。由于這種獨特的結構, 使海泡石具有大的比表面, 較強的離子交換能力。因而在環(huán)保方面的應用越來(lái)越廣泛, 如污水處理、大氣吸附和過(guò)濾脫色等方面。
2 改性海泡石在環(huán)境污染治理中的應用
2.1 重金屬離子廢水
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+ 有很好的吸附能力, 處理后的廢水中重金屬離子含量達到國家排放標準；在105~ 110℃條件下烘烤再用酸進(jìn)行改性的海泡石，對含鎳廢水中Ni2+的吸附率可達到85%~96%；
經(jīng)熱或酸改性的海泡石對Cu2+ 的吸附率超過(guò)80%；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+、Zn2+金屬陽(yáng)離子，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(jìn)行改性后，可有效地吸附去除水中的負離子，如Cr、As離子, 對Cr的吸附效率達到92%，同時(shí)表明它對Cl-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。由研究結果表明，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提供了一條有價(jià)值的途徑。
2.2 無(wú)機非金屬廢水
用Al2( SO4)3活化處理后的改性海泡石, 在pH值為6~7 時(shí), 對含氟濃度為5mg/L的高氟水進(jìn)行了去除實(shí)驗, 去氟率達到86.5% , 達到了國家飲用水標準, 且不會(huì )引起二次污染; 經(jīng)1%HCl 酸處理后的改性海泡石和MgCl3、AlCl3水溶液制成的復合吸附劑對磷的去除率可達98%, 吸附容量在27mg/g以上。
2.3 有機廢水
在110℃的溫度條件下烘烤后的改性海泡石，對己烷、甲苯、乙醇、吡啶、丁醇、辛醇和庚烷等極性分子有極強的吸附性； 用鹽酸或硝酸處理的改性海泡石對丙酮和苯乙稀氣體吸附量較大；熱改性海泡石對水中有機污染物苯、甲苯和乙苯有強的吸附性； 熱改性和活性陽(yáng)離子對含氮化合物中NH4+的吸收為3.5mol/g, 去除率達90%, 其中60%的氮被轉化為無(wú)毒物質(zhì); 改性后的海泡石可有效地降解氯化殺蟲(chóng)劑林丹; 用酸和熱改性的海泡石能吸附廢水中的溴化十二烷基三甲銨、溴化十六碳烷基三甲銨、長(cháng)碳鏈和短碳鏈季銨鹽等季胺有機化合物和四元陽(yáng)離子表面活性劑。
2.4 氣體凈化
改性海泡石對有害或有惡臭味的氣體具有較好的吸附性, 尤其是含氮化合物, 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)0.5 mol/ L的鹽酸處理的改性海泡石對NH3、Cl2、H2S、Cl2、HCl 和SO2有極強的吸附性, 其吸附能力為: HCl > Cl2 > SO2, NH3 >H2S;
改性的海泡石加入一定量的活性炭是卷煙過(guò)濾咀的理想原料, 可以吸附煙霧中的CO、CO2等小顆粒和去除危害人體的腈、丙酮和丙烯醛等氣態(tài)的極性化合物； 如用110~500℃的溫度烘烤后的改性海泡石能夠去除N2、CO2、NH3和H2O；改性海泡石適于室內懸掛凈化空氣；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, 達到吸潮除味的目的。
3. 應用前景
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能力強的特點(diǎn), 并且價(jià)格低廉, 儲量豐富, 加工處理工藝相對簡(jiǎn)單, 應用于環(huán)境保護, 具有投資少、處理效果好且無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn), 因此在環(huán)境治理方面有廣闊的應用前景。
(1) 資源豐富。我國海泡石成礦條件好, 礦床類(lèi)型多, 資源極為豐富, 已探明工業(yè)儲量約1500 萬(wàn)t。為我國開(kāi)發(fā)新型環(huán)境污染處理材料提供了物質(zhì)資源。
(2) 技術(shù)條件成熟。我國在活化海泡石的制備工藝及性能的研究方面, 已取得可喜的成績(jì)。并對改性海泡石在環(huán)保領(lǐng)域的應用進(jìn)行了大量實(shí)驗研究, 取得了預想的結果, 為其在污染處理上的應用提供了物質(zhì)基礎和技術(shù)的依據。
(3) 開(kāi)拓研究新的應用領(lǐng)域。在我國, 海泡石在用作抗菌劑、水處理絮凝劑、凈化劑; 對放射性廢物及有毒氣體的吸附劑; 食料添加劑; 食用油的澄清劑、脫色劑; 醫藥工業(yè)用的離子交換劑、脫色劑、凈化劑等方面的研究是有限的。此外, 在航空、航天等特殊領(lǐng)域的應用也是值得研究的課題。
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