煤矸石作為全球排放量最大的工業(yè)固體廢棄物之一，不僅占用大量土地，還會(huì )對大氣、土壤等環(huán)境造成危害。但煤矸石具有一些環(huán)境友好型性能，經(jīng)預處理后可被資源化再利用為環(huán)境友好型材料。
　　
　　煤矸石對營(yíng)養鹽、重金屬和有機物等污染物具有一定的吸附性能，預處理之后可以作為一種廉價(jià)的吸附劑。目前，國內眾多研究發(fā)現，煤矸石對于部分常規污染物、重金屬和有機物均具有一定的去除效果，提出煤矸石可作為吸附劑用于水處理中。
　　
　　1、煤矸石對常規污染物的去除
　　煤矸石的礦物相組成以石英、蒙脫石、高嶺石、伊利石為主，其表面的SiO2、Al2O3等金屬氧化物對磷酸鹽均有一定的吸附能力。
　　
　　最新研究進(jìn)展：
　　Ding等以新排出的煤矸石和自燃后的煤矸石為實(shí)驗原料對磷酸鹽溶液進(jìn)行吸附實(shí)驗，發(fā)現離子交換（磷酸根與氫氧根）在此吸附過(guò)程中起主導作用。新排出的煤矸石對磷的最大吸附量可達2.504mg/g；自燃后的煤矸石對磷的最大吸附量可達7.076mg/g。自燃后的煤矸石較新排出的吸附能力更強是由于其表面的SiO2、Al2O3等金屬氧化物含量升高，增強了其對磷酸鹽的吸附能力。
　　
　　李惠嫻等也發(fā)現煤矸石中無(wú)定形的SiO2和Al2O3對磷酸鹽等污染物有一定的吸附能力，而經(jīng)煅燒過(guò)的煤矸石中的高嶺石在高溫（700~900℃）下發(fā)生脫水和分解，生成偏高嶺石和無(wú)定形的SiO2和Al2O3，因此激發(fā)了煤矸石活性，提高煤矸石中無(wú)定形的SiO2和Al2O3含量，進(jìn)而提高煤矸石對一些污染物的吸附能力。
　　
　　劉保元等用500℃煅燒、40%硫酸酸洗后的煤矸石去除生活污水中的COD，發(fā)現粒徑在100目以下（＜150μm）的煤矸石對COD的去除率可達82.52%，隨著(zhù)粒徑增大，去除率有所降低。并將其與活性炭相比較，活性炭的吸附效率和再生能力均高于煤矸石，但煤矸石的生產(chǎn)價(jià)格比較低，因此其市場(chǎng)前景還是比較光明的。
　　
　　Zhang等通過(guò)研究發(fā)現，煤矸石對銨鹽也有一定的去除效果，最大吸附量可達6.0mg/L。類(lèi)似于沸石和粉煤灰對銨鹽的吸附，在中性或堿性條件吸附量更多，銨根在中性或堿性條件下與氫氧根反應生成氨氣得以去除。由于該吸附反應為吸熱反應，所以一定程度的溫度升高（至45℃）可促進(jìn)該反應進(jìn)行。
　　

　　
　　2、煤矸石對有機物的吸附
　　研究表明，煤矸石對于有機污染物如苯酚、陽(yáng)離子染料等具有一定的去除效果。
　　
　　最新研究進(jìn)展：
　　Jab?ońska等通過(guò)靜態(tài)實(shí)驗發(fā)現，煤矸石經(jīng)清洗干燥后對苯酚有一定的吸附效果，在苯酚初始濃度為100mg/L時(shí)，吸附能力可達6.2mg/g，Freundlich吸附模型可以較好地擬合煤矸石對苯酚的吸附等溫線(xiàn)。實(shí)驗結果表明，煤矸石可作為廉價(jià)吸附劑用于含有機物工業(yè)廢水的處理。
　　Zhou等將煤矸石粉、沒(méi)食子酸丙酯和去離子水按照一定比例混合，200℃干燥后制成微珠，之后在900℃下燒結，冷卻后形成陶瓷微球。通過(guò)表征顯示陶瓷中硅與鋁發(fā)生了同構取代現象，使電負性增強，從而提高其對陽(yáng)離子的吸附能力。用此煤矸石陶瓷微球吸附陽(yáng)離子紅和陽(yáng)離子藍兩種染料，發(fā)現其對兩種染料的吸附速率均較快，動(dòng)力學(xué)符合擬二階動(dòng)力學(xué)模型和Elovich模型，用Langmuir吸附模型和Freundlich吸附模型可以很好地擬合兩種染料在陶瓷吸附劑上的吸附等溫線(xiàn)?？赡艿奈綑C制涉及到靜電吸引、π-π鍵和氫鍵的相互作用等。煤矸石陶瓷吸附劑對陽(yáng)離子紅的最大吸附量可達1.04mg/g，在pH為12.0時(shí)去除率可達近100%，對陽(yáng)離子藍的最大吸附量可達2.17mg/g，在pH為8.0時(shí)去除率也可達99.7%。此項研究表明煤矸石用于處理工業(yè)印染廢水是可行的，可在此基礎上進(jìn)一步提高吸附容量，增強安全性。
　　Wang等將煤矸石用NaOH改性后吸附亞甲基藍溶液，并與原煤矸石進(jìn)行比較，發(fā)現此吸附過(guò)程可以用Langmuir吸附模型進(jìn)行擬合，說(shuō)明此過(guò)程為單層吸附；擬二階動(dòng)力學(xué)模型和韋伯-莫里斯經(jīng)驗公式可以較好地描述實(shí)驗的吸附動(dòng)力學(xué)。
　　
　　3、煤矸石對重金屬的吸附
　　
　　煤矸石對于重金屬如Ni、Pb、Cu、Cr等的吸附效果較為明顯。煤矸石孔隙率、比表面積、活性Al2O3含量及溶液pH值等因素均對重金屬吸附效果有一定影響。
　　
　　最新研究進(jìn)展：
　　
　　王利香等將煤矸石與ZnCl2按比例混合在650℃灼燒1.5h制備了改性煤矸石，以吸附污水中的Cr6+。據X射線(xiàn)衍射（XRD）圖可知，改性增多了材料中的活性Al2O3含量并增大了比表面積，最大吸附量（14.06mg/g）較未改性的煤矸石（7.13mg/g）有了很大提高。在Cr溶液初始濃度為50mg/L，pH=1.0，投加量為0.5g/30mL時(shí)，改性煤矸石對Cr的去除率可達96.75%，高于未經(jīng)改性煤矸石的去除率（85.94%）。
　　
　　陳莉榮等將煤矸石、石灰石、AlCl3按照一定比例混合焙燒來(lái)制備復合吸附劑，并用其吸附水中的Cr6+。煤矸石經(jīng)高溫焙燒后，有機質(zhì)燃燒，微孔增多，吸附能力可顯著(zhù)提高。另外，煤矸石中一些組分，如Al2O3，由晶相變?yōu)榉蔷?，活性增強；摻入一定量的石灰石，其中含有的大量CaCO3高溫分解為CaO，可促進(jìn)煤矸石的活化，提高吸附能力；AlCl3具有較好的催化和脫水作用，Al3+也可促進(jìn)絮凝作用。最終選定煤矸石粒徑200目，與石灰石以2∶3的質(zhì)量比混合后再加入質(zhì)量比為10%的AlCl3，800℃下焙燒90min為最佳吸附劑制備條件，此條件下吸附劑的投加量為10g/L，pH=5.0，Cr溶液初始濃度為100mg/L時(shí)，吸附量可達9.19mg/g，去除率可達91.28%。
　　
　　Wu等將煤矸石干燥過(guò)篩后研究其對Pb、Zn的吸附性能，發(fā)現投加量為5g/L時(shí)，煤矸石對Pb2+的吸附量可達7.57mg/g；對Zn2+的吸附量可達2.44mg/g，且吸附等溫線(xiàn)均符合Langmuir吸附模型，Pb2+的吸附主要是由于化學(xué)吸附，Zn2+的吸附主要是由于離子交換。
　　
　　Shang等用甲基三甲氧基硅烷等材料對煤矸石進(jìn)行改性制備出巰基改性煤矸石，改性后的煤矸石擁有較大的比表面積和孔隙率，增大的比表面積將提供更多的吸附位點(diǎn)，從而提高其對Pb、Hg等重金屬的吸附能力[29]。
　　
　　Li等將煤矸石在850℃下分別進(jìn)行2h摻煤無(wú)氧煅燒后，與NaOH和NaAlO2一起通過(guò)水熱法在90℃下反應3h，制備出ZAC材料。這種材料比表面積可達669.4m2/g，這些均勻的微孔促進(jìn)了重金屬離子的吸附，對Cu2+的吸附效率可達92.8%。
　　
　　Mohammadi等將煤矸石在850℃下煅燒4h，之后與藻酸鹽、乙醇和水按一定比例混勻反應5h制備出ACCG材料，發(fā)現其對Zn2+和Mn2+的最大吸附量分別可達77.68mg/g和64.29mg/g。
　　
　　Jab?onska等將未經(jīng)處理的煤矸石與經(jīng)600℃煅燒后的煤矸石做比較，吸附工業(yè)廢水中的Pb、Ni、Cu，發(fā)現在3種金屬溶液初始濃度均為5mg/L時(shí)，煤矸石對不同金屬的吸附效果有所差異，煅燒后煤矸石對Pb的吸附能力增強，可從27mg/g升高至33mg/g；對Cu也從17mg/g升高至22mg/g；但煅燒后對Ni的吸附能力減弱，從25mg/g減少至15mg/g。在廢水中重金屬離子濃度較高，pH較低時(shí)，離子交換占主導作用；在pH較高時(shí)，部分金屬離子可能通過(guò)沉淀而被去除。因此，pH值在煤矸石與重金屬吸附過(guò)程中是一個(gè)極其重要的影響因素。
　　

　　
　　煤矸石作為水處理吸附劑，對水中的多種污染物都具有吸附去除潛力。然而，目前的研究相對局限，對污染物的去除只限于磷酸鹽、苯酚、鉛和鉻等，可水中的污染物種類(lèi)更多，包括硝態(tài)氮、多環(huán)芳烴和藥物及個(gè)人護理品（PPCPs）等。若可將煤矸石制成綜合性的水處理吸附劑，還應加大對其改性方法的研究，使其可以全面去除多種污染物，提高利用價(jià)值，真正應用到各種工程實(shí)踐中。
　　
　　來(lái)源：田怡然,張曉然,劉俊峰,等.煤矸石作為環(huán)境材料資源化再利用研究進(jìn)展[J].科技導報,2020,38(22):104-113.