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| 硅藻土在水處理應用中的研究現狀及發(fā)展趨勢 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-11-06 10:25:40 瀏覽次數： |
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一．前言
隨著(zhù)經(jīng)濟的快速增長(cháng)，各種工業(yè)活動(dòng)的日益增多，使環(huán)境污染與經(jīng)濟增長(cháng)呈現一種息息相關(guān)的矛盾關(guān)系，其中，水資源的污染對人類(lèi)的威脅最大。水與人類(lèi)生活關(guān)系密切，是人類(lèi)生活和生產(chǎn)中不可缺少的一部分。全球淡水資源短缺且分布極不平衡，對水資源的節約利用以及污水的處理回收利用是我們保護水資源，解決水短缺問(wèn)題的重要環(huán)節。因此，對已污染的水體進(jìn)行處理回收再利用是至關(guān)重要的。已污染廢水的處理方法主要分為物理、化學(xué)和生物手段，以及他們的聯(lián)合運用。其中物理法包括吸附、膜分離等，日常生活廢水和工業(yè)廢水通常采用吸附的方法進(jìn)行潔凈回收利用。吸附法中所使用的吸附劑主要有活性炭、硅藻土、二氧化硅、沸石及離子交換樹(shù)脂等，活性炭由于其吸附容量高而被普遍使用。但是它對低分子極性強的有機物和大分子有機物吸附效果不夠理想，而且其高昂的價(jià)格及再生和處置難的問(wèn)題也不容忽視。所以，為了評估和選擇一種較好的吸附劑，不僅要看其吸附容量的大小，其他相關(guān)的應用參數也需要考慮進(jìn)去，比如生產(chǎn)和再生成本、可得性、環(huán)境兼容性和再生時(shí)的能量消耗。因此需要尋找一種新的、更天然、便宜的材料來(lái)代替活性炭作為吸附劑。
硅藻土是一種優(yōu)良的以生物為發(fā)源的沉積巖，它主要是由水生類(lèi)植物-硅藻類(lèi)骨骼中含水的二氧化硅(SiO2•nH2O)組成，并含有少量Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO和有機質(zhì)等。硅藻殼體有許多貫通的微孔，是少有的高孔隙率天然納米微孔材料。比表面積較大，可吸收自身質(zhì)量約3倍的水，而且還具有容重小，吸附性強，耐磨耐酸等優(yōu)良特性，正是由于這種獨特的物理和化學(xué)性能，并且具有高效、低成本的優(yōu)勢，使其在廢水處理行業(yè)成為一種具有前景的吸附劑。硅藻土具有吸附作用的原因是它的活性中心具有活躍的表面羥基：絕緣的自由硅烷醇基（-SiOH）；自由的硅羥基（-Si(OH)2）；表面具有含有氧原子的硅氧基。這些表面羥基是活躍的，易和很多極性有機復合物以及多種官能團發(fā)生反應。硅藻土價(jià)格便宜，處理廢水不會(huì )引起二次污染，很好的符合了其作為吸附劑所具備的條件，是值得深入研究與推廣應用的吸附劑。但是天然硅藻土在實(shí)際應用中性能往往不夠理想，需要對其進(jìn)行一定的改性處理，以提高使用性能。
二．國內研究現狀
黨瑋等用氫氧化鈉和改性劑（氯化鋁）對硅藻土進(jìn)行改性，研究了改性硅藻土對磷的吸附影響，實(shí)驗結果表明，加入Al3+處理后的硅藻土作為除磷的吸附劑，具有較好的吸附效果。彭進(jìn)平等用pH=0.1的鹽酸和0.1 mol/L的FeCl3 溶液對硅藻土進(jìn)行改性，研究對富營(yíng)養化水體中磷的去除作用，結果表明，改性后，硅藻土微孔明顯增多，孔徑明顯增大,孔分布均勻，微孔結構發(fā)生了明顯變化，硅藻土的比表面積比原硅藻土增大了6倍，大大提高了其吸附能力。
薛東孚等對硅藻土進(jìn)行酸浸后然后焙燒，研究加入粘接劑的硅藻土對長(cháng)白山特產(chǎn)藍靛果汁有效成份--黃酮類(lèi)物質(zhì)的吸附性能，結果表明此種方法改性后的硅藻土在一定的改性條件作用后對黃酮類(lèi)物質(zhì)的吸附性能顯著(zhù)提高。朱健等也對硅藻土進(jìn)行了高溫燒結的深度處理，研究其對Fe3+去除率，結果表明深度物理改性提高了硅藻土的吸附性能及可操作性。楊丹等用氫氧化鈉對硅藻土進(jìn)行改性，研究其對Cu2+的吸附性能，結果表明：改性后的硅藻土對Cu2+的吸附性能顯著(zhù)提高，對Cu2+的去除率可達80%。羅智文等用有機絮凝劑聚丙烯酰胺和硫酸亞鐵制備改性硅藻土，研究其對氨氮廢水處理的效果，結果表明，改性后的硅藻土氨氮去除率提高10%～20%。
楊文等采用聚丙烯酰胺（PAM），一種有機高分子絮凝劑改性處理硅藻原土并應用于處理含高濃度Pb2+模擬廢水。結果表明，改性后硅藻土對酸性重金屬離子廢水的適應性增強，飽和吸附容量可達到66.15～68.95mg/g。為了表征硅藻土在改性前后的變化，將硅藻土原土和改性土進(jìn)行了SEM 表面結構的表征可以看出，PAM改變了硅藻土內部孔隙結構，使其具有更高的吸附性能。
張燁等通過(guò)鋇鹽沉積改性制備改性硅藻土，并將其應用于吸附模擬廢水中Pb2+，通過(guò)對比改性前后硅藻土的SEM圖，可得BaSO4在硅藻土的表面及其孔隙內沉積，提高了硅藻土的吸附性能和沉降性能。譚凌智等采用陽(yáng)離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨為改性劑對硅藻土進(jìn)行改性，研究其對水中4種HCH的去除性能的影響，結果表明改性后的硅藻土的吸附能力有效提高。詹樹(shù)林等用6mol/L的NaOH溶液和2.5mol/L的MnCl2溶液改性硅藻土，研究其對染料廢水的吸附性能，結果表明，其對陽(yáng)離子和活性染料的吸附性能具有良好的效果。孫玉煥等采用陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)改性硅藻土去除水中染料的研究，結果表明在一定的適宜條件下，改性硅藻土去水中亞甲基藍的脫色率為71%，對孔雀石綠的脫色率高達85%。
三．國外研究現狀
Necla Caliskan等研究了錳氧化物在不同溫度下對硅藻土樣品進(jìn)行改性，去除水中Zn(II)的研究，結果表明改性后的硅藻土的吸附效率明顯高于天然硅藻土。此外，Mohammad A. Al-Ghouti等將錳氧化物浸漬在硅藻土表面，形成著(zhù)名的δ-水鈉錳礦，探究錳氧化物改性后的硅藻土對水溶液中基本的活性黑的去除，結果證明錳氧化物改性后的硅藻土作為吸附劑去除水溶液中的基本的活性染料具有很好的能力。M. Al-Ghouti等、Mohammad A. Al-Ghouti等、Majeda A.M. Khraisheh等、Y. AL-DEGS等也對錳氧化物改性硅藻土進(jìn)行了一系列研究。
Maria Aivalioti研究了天然硅藻土、熱改性、化學(xué)改性以及熱作用和化學(xué)作用同時(shí)改性硅藻土對水溶液中苯系物、甲基叔丁基醚和甲基叔戊基醚的去除，結果表明，被測樣品就吸附能力和平衡時(shí)間來(lái)看，鹽酸改性最能有效提高其吸附性能。S.Sungworawongpana等對煅燒后的硅藻土作為吸附劑吸收鉻的可能性進(jìn)行了研究，結果表明在室溫下，控制PH和接觸時(shí)間以及改性硅藻土投加量，煅燒后的硅藻土對鉻具有較好的吸附性能。T. N. DE CASTRO DANTAS等用微乳液對天然硅藻土進(jìn)行浸沒(méi)，結果表明，改性之后的硅藻土有從多陽(yáng)離子的水溶液中去除三價(jià)鉻的能力。Wenhui Xiong等研究了水鐵礦改性的硅藻土對磷的吸附情況，結果表明，表面積和表面電荷的提高了改性硅藻土對磷的吸附能力。
四．硅藻土在水處理應用中存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢
4.1 存在問(wèn)題
(1) 目前硅藻土作為吸附劑用來(lái)處理廢水的應用研究還不是很多且僅限于少數的幾類(lèi)廢水的處理應用中。
(2)對硅藻土及改性硅藻土對廢水的吸附作用機理、規律以及影響因素方面的研究不夠充分，限制了硅藻土在水處理應用中推廣。
4.2 發(fā)展趨勢
(1)硅藻土作為一種新型的水處理劑，其獨特的結構賦予了它許多優(yōu)良的特征，另外其低廉的價(jià)格，使得硅藻土將會(huì )有廣闊的發(fā)展前景。通過(guò)對硅藻土的提純和改性研究可以，提高硅藻土處理廢水的效果，同時(shí)降低成本。
(2) 利用具有特殊吸附性能的物質(zhì)改性硅藻土，將其吸附性能與硅藻土的吸附性結合起來(lái)，使兩者發(fā)揮“協(xié)同作用”，研制出新的硅藻土吸附劑。
本文作者：河南理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院陳俊濤、楊露、張乾龍，文章收錄在《第十五屆全國非金屬礦加工利用技術(shù)交流會(huì )會(huì )議論文集》內。
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