中國(guó)粉體網(wǎng)訊  重金屬污染廢水主要來源于金屬采礦、冶煉、電解、電鍍等工業(yè)，重金屬離子可在水生生物中富集，通過食物鏈危害人體健康。吸附法是處理含重金屬離子廢水的一種很有前途的方法，它不僅可以降低水中重金屬離子濃度，還有利于回收其中貴重的重金屬。膨潤(rùn)土是一種以蒙脫石為主要成分的黏土。蒙脫石因?qū)娱g易發(fā)生不等價(jià)陽離子置換而產(chǎn)生永久性負(fù)電荷，并且蒙脫石具有很大的內(nèi)外表面積，這些性質(zhì)決定了膨潤(rùn)土具有較高的離子交換容量和很強(qiáng)的吸附能力，因此被應(yīng)用于含有重金屬離子的廢水處理。

一、膨潤(rùn)土的基本性能及對(duì)重金屬離子的吸附機(jī)理

膨潤(rùn)土的特性取決于蒙脫石特有的結(jié)構(gòu)，蒙脫石晶格內(nèi)的異價(jià)類質(zhì)同象置換是其最基本、最重要的構(gòu)造特性。蒙脫石是一種含水的層狀硅酸鹽礦物，由兩層硅氧四面體片夾一層鋁氧八面體片組成。硅氧四面體片中有一定量的Si4+被Al3+取代，鋁氧八面體片中也可有1/6～1/3的Al3+被 Mg2+、Fe2+等取代。這種不等價(jià)的類質(zhì)同相替換使得晶層產(chǎn)生永久性負(fù)電荷。晶層負(fù)電性主要通過靜電引力吸附的K+、Na+、Ca2+等層間陽離子來平衡，這些層間陽離子具有可交換性。另外，蒙脫石晶體邊緣破鍵，在pH >7時(shí)端面帶負(fù)電荷，也可吸附少量陽離子。正是由于蒙脫石礦物的這些特性，使膨潤(rùn)土可用于處理含重金屬離子的廢水。

二、膨潤(rùn)土的改性與方法

改性

研究表明，通過膨潤(rùn)土的改性可提高其對(duì)重金屬離子的去除能力。膨潤(rùn)土雖然具有較好的吸附性能，但是在含重金屬離子廢水處理的工業(yè)應(yīng)用中，直接利用膨潤(rùn)土原土往往不能達(dá)到滿意的效果，一般需將膨潤(rùn)土經(jīng)過改性后再應(yīng)用于廢水處理。膨潤(rùn)土的改性處理方法主要有高溫焙燒、酸改性或鈉化改性、有機(jī)活化、無機(jī)柱撐等。

改性方法

高溫焙燒

高溫焙燒的主要目的是使膨潤(rùn)土失去表面水、水化水和結(jié)構(gòu)骨架中的結(jié)合水以及空隙中的一些雜質(zhì)，減小水膜對(duì)污染物質(zhì)的吸附阻力。焙燒還使得膨潤(rùn)土的空隙率和表面積增加，有利于陽離子交換容量（CEC）的增加，提高膨潤(rùn)土的吸附性能。但焙燒溫度不能超過500℃，時(shí)間以2h為宜，否則會(huì)破壞有利于吸附的構(gòu)造，也增加處理成本。

酸改性

酸活化改性就是將一定細(xì)度的膨潤(rùn)土浸漬于酸溶液中（常采用H2SO4），水浴加熱攪拌，抽濾后洗至濾液呈中性，干燥研磨即得酸改性膨潤(rùn)土。膨潤(rùn)土經(jīng)酸活化改性后，孔容積得到增大，并削弱了原來層間的鍵力，層狀晶格裂開，層間距增大，孔道被疏通，吸附性能和陽離子交換能力得到提高。

鈉化改性

由于天然膨潤(rùn)土一般為鈣基蒙脫石，而蒙脫石層間Ca2+的交換能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Na+，因此蒙脫石必須先要鈉化，使其轉(zhuǎn)變?yōu)殁c基蒙脫石。鈉化劑的選取大多是采用較常見的鈉鹽，如Na2CO3、NaCl、（NaPO3）6、NaOH等。

有機(jī)活化

有機(jī)活化是用有機(jī)改性劑對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性，主要為蒙脫石和季銨鹽陽離子表面活性劑的作用。季銨鹽陽離子進(jìn)入蒙脫石的層間，不但使有機(jī)蒙脫石的層間距增大，而且改善了疏水性，從而增強(qiáng)了去除有機(jī)污染物的能力。

無機(jī)柱撐

用柱撐劑（多為聚合羥基陽離子）取代蒙脫石層間可交換性陽離子，形成無機(jī)層間插入化合物，經(jīng)干燥脫水、煅燒脫羥基等處理得到柱撐蒙脫石。柱撐后的蒙脫石層間被撐開一個(gè)到幾個(gè)分子的距離，因而比表面積增大，吸附性能得以提高。

三、膨潤(rùn)土吸附重金屬離子的影響因素

溫度

在100℃以下，升高溫度有利于提高對(duì)重金屬離子的吸附效率，當(dāng)溫度從20℃升高到60℃，吸附率可以提高15%～25%。溫度的升高使溶液中的離子運(yùn)動(dòng)速度加快，促進(jìn)了離子的交換反應(yīng)。

重金屬離子濃度及液固比

在重金屬離子初始濃度增加，或在初始濃度不變而增加膨潤(rùn)土用量（即液固比減�。┑臈l件下，膨潤(rùn)土對(duì)重金屬離子的吸附總量增加，單位質(zhì)量膨潤(rùn)土的吸附量卻減小。

pH

一般認(rèn)為，酸性條件不利于膨潤(rùn)土對(duì)重金屬離子的吸附作用，近中性和偏堿性條件有利于吸附作用的進(jìn)行。因此，去除重金屬離子多控制pH在5~9。

吸附時(shí)間

膨潤(rùn)土對(duì)重金屬離子的吸附速度在前15min進(jìn)行得很快，隨后吸附速度減慢，一般30~50min基本達(dá)到平衡，90%左右的吸附量在60min以內(nèi)完成。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，吸附量略有提高。

粒度

隨著膨潤(rùn)土粒度的減小，端面破鍵增多，陽離子交換能力略有增加。同時(shí)，粒度減小，比表面積增大，物理吸附也明顯增強(qiáng)。總的結(jié)果是隨粒度減小，吸附量增加。