海泡石在環(huán)境治理領(lǐng)域的應(yīng)用

/海泡石在環(huán)境整治領(lǐng)域的應(yīng)用環(huán)境礦物材料因具有資源豐富、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外討論工的熱點(diǎn)。環(huán)境礦物材料可定義為由礦物及其改性產(chǎn)物構(gòu)成的與生態(tài)環(huán)境具有良好協(xié)調(diào)性或直接具有防治污染和修復(fù)環(huán)境功能的一類礦物材料。利用環(huán)境礦物材料如活性炭、海泡石、蒙脫石、硅藻土等吸附處理廢水已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，并取得了很好的效果。由于坡縷石、海泡石、沸石、膨潤(rùn)土、累托石等為典型的天然納米粘土礦物材料,基于其特有的孔道結(jié)構(gòu)、晶體表面生長(zhǎng)缺陷的發(fā)育和納米級(jí)尺寸效應(yīng),經(jīng)充分分散處理后具有大比表面積和超強(qiáng)吸附性。海泡石作為一種新型的礦物原材料,在我國(guó)河南、湖南、湖北、安徽和河北均有豐富的儲(chǔ)量。重要成分為SiO2、MgO和H2O，相對(duì)密度2.4～2.6，外觀為灰白色束狀纖維或粉末。海泡石無(wú)毒無(wú)味，具有較高的熱穩(wěn)定性，特別是貫穿整個(gè)結(jié)構(gòu)、截面積為0.36nm1.06nm的管狀通道和孔洞，使其具有高達(dá)900m2/g的比表面積，具有很強(qiáng)的吸附本領(lǐng)，可以吸附大量的極性物質(zhì)。海泡石是一種富鎂纖維狀硅酸鹽粘土礦物，結(jié)構(gòu)通式為是Si12O30Mg8（OHF）48H2O，是目前比表面積最高的天然無(wú)機(jī)礦物質(zhì)。海泡石本身的特別結(jié)構(gòu)決議了它具有3種特性，即吸附性、流變性和催化性。海泡石具有有很好的吸附、流變、催化、阻燃、耐腐蝕等性能?；谶@些特性，海泡石已廣泛應(yīng)用在化工、醫(yī)藥、環(huán)保、軍事、冶金、石油、建材、食品加工、農(nóng)業(yè)等部門。據(jù)目前國(guó)內(nèi)外的資料統(tǒng)計(jì)，海泡石的用途達(dá)130多種，成為世界上用途最廣的礦物原材料之一。海泡石由于獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)而具有比表面積大、吸附性能好和離子交換本領(lǐng)強(qiáng)的特點(diǎn)，并且價(jià)格低廉，儲(chǔ)量豐富，加工處理工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)，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)境整治方面有廣闊的應(yīng)用前景。1廢水處理1.1重金屬?gòu)U水改性海泡石吸附重金屬離子的重要形式為表面絡(luò)合吸附和離子交換吸附。海泡石經(jīng)改性后其網(wǎng)狀孔徑變大，表面更多的酸性羥基暴露出來(lái)，這些羥基和水分子可與重金屬離子絡(luò)合，這種吸附屬于表面絡(luò)合吸附。在吸附過程中，重金屬離子與改性海泡石中可交換的陽(yáng)離子發(fā)生離子交換反應(yīng)，這種吸附屬于離子交換吸附。改性后的海泡石對(duì)重金屬離子有較好的吸附性，如用1.0mol/L的HCl溶液對(duì)海泡石處理后再在450℃下灼燒而得的改性海泡石對(duì)電鍍廢水中重金屬離子Pb2+、Cu2+、Cd2+有很好的吸附本領(lǐng)，處理后的廢水中重金屬離子含量達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)；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(dá)100%，處理后的廢水中含量明顯低于國(guó)標(biāo)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+、CO2+、Zn2+金屬陽(yáng)離子，吸附力的次序?yàn)镃u2+Zn2+Cd2+Pb2+=CO2+，處理效果達(dá)到國(guó)際排放標(biāo)準(zhǔn)；酸和離子改性的海泡石對(duì)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(duì)于Cd2+離子的吸附量達(dá)到8.26mg/g，達(dá)到凈化的目的；用Fe3+對(duì)海泡石進(jìn)行改性后，可有效地吸附去除水中的負(fù)離子，如鉻、砷離子，對(duì)鉻離子的吸附效率達(dá)到92%，同時(shí)表明它對(duì)氯離子也有較高的吸附效率；用FeCl3改性的天然海泡石對(duì)砷的去除率大于95%，處理后的水中砷含量低于0.05mg/L國(guó)際飲用水標(biāo)準(zhǔn)。由討論結(jié)果表明，海泡石在處理含有害離子廢水方面有很好的應(yīng)用前景，特別是經(jīng)Fe3+改性的海泡石為重離子廢水的處理供給了一條有價(jià)值的途徑。1.2有機(jī)廢水海泡石結(jié)構(gòu)中存在兩個(gè)吸附位，一個(gè)是硅酸鹽外表面的硅烷醇基團(tuán)形成的中性吸附位，另一個(gè)是用低價(jià)金屬離子替代Si4+形成的負(fù)電吸附位，這兩種吸附位在海泡石上的分布使得它對(duì)中性有機(jī)分子或有機(jī)陽(yáng)離子有很強(qiáng)的吸附本領(lǐng)。經(jīng)討論發(fā)覺，天然海泡石用1%（Wt）稀鹽酸改性并在100℃下烘干后處理一價(jià)有機(jī)陽(yáng)離子亞甲基藍(lán)（MB）和結(jié)晶紫（CV）以及二價(jià)有機(jī)陽(yáng)離子甲基綠（MG），MB和CV的最大吸附量，分別達(dá)到海泡石陽(yáng)離子交換容量（CEC）的4.1倍和5.3倍；而MG的最大吸附量?jī)H為1.4倍CEC。這重要可歸結(jié)為其對(duì)一價(jià)陽(yáng)離子的吸附，除發(fā)生在帶負(fù)電位上外，還可發(fā)生在中性位；而對(duì)于二價(jià)陽(yáng)離子來(lái)說(shuō)，吸附僅僅是以離子交換為主。E.Sabah等人對(duì)海泡石首先在300℃下進(jìn)行熱活化，然后用NHN03在室溫下酸化3h，用于吸附廢水中的溴化十二烷基三甲銨（DTAB）、溴化十六碳烷基三甲銨（HTAB）、長(zhǎng)碳鏈和短碳鏈季錢鹽等有機(jī)化合物均有很好的效果。G.Rytwo通過試驗(yàn)也得出了同樣結(jié)論，即海泡石中性吸附位是具有強(qiáng)吸附性的重要原因。海泡石不僅可用來(lái)吸附有機(jī)陽(yáng)離子，也可以吸附有機(jī)陰離子，如下相關(guān)試驗(yàn)均取得了很好的結(jié)果。OrhanOzdemir等人用典型季銨表面活性劑十六碳烷基三甲銨對(duì)海泡石改性，使其表面疏水，并由于負(fù)電荷被中和表面積累了大量正電荷；由于靜電吸引作用海泡石能對(duì)帶負(fù)電的染料分子產(chǎn)生吸附作用；用改性海泡石對(duì)Everzol黃、黑、紅三種含陰離子磺酸基染料進(jìn)行吸附得出最大吸附容量分別為169.1g/kg、120.5g/kg和108.8g/kg。1.3無(wú)機(jī)非金屬?gòu)U水用海泡石處理富營(yíng)養(yǎng)化的污水也有很好的效果。有創(chuàng)造公開了一種以坡縷石、海泡石為載體的水凈化劑及其制備與使用方法。它是在坡縷石、海泡石的礦物晶格內(nèi)及其表面附搭載了三價(jià)鐵離子及其氫氧化物，按重量百分比計(jì)，鐵元素在催化劑中的含量為1～25％。這種水凈化劑以天然坡縷石、海泡石為重要原材料，它具有來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，而且它制備工藝簡(jiǎn)單，使用便利，對(duì)水體中的陰離子污染物，如可溶性磷、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮，以及表面帶有負(fù)電荷的浮游藻類具有很強(qiáng)的吸附本領(lǐng)，兼有抑制水體富營(yíng)養(yǎng)化和殺滅浮游藻類雙重功效，適合于水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的水體凈化，常規(guī)使用能凈化水質(zhì)，防備水產(chǎn)病害的發(fā)生。赤潮發(fā)生時(shí)，將它噴灑在赤潮海疆，能在短時(shí)間內(nèi)使藻類沉入海底死亡，可將赤潮阻攔在養(yǎng)殖海疆外。試驗(yàn)室討論中，用Al2（SO4）3活化處理后的改性海泡石，在pH值為6～7時(shí)，對(duì)含氟濃度為5mg/L的高氟水進(jìn)行了去除試驗(yàn)，去氟率達(dá)到86.5%，達(dá)到了國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，且不會(huì)引起二次污染利用海泡石與氯化鎂等無(wú)機(jī)物在適當(dāng)條件下反應(yīng)而研制成的新型復(fù)合吸附劑經(jīng)過l%的HCl改性后能較好的吸附廢水中的磷，去除率達(dá)98%，吸附容量在27mg/g；Sunabalci經(jīng)討論發(fā)覺海泡石對(duì)廢水中的銨離子吸附效果良好，對(duì)含氮化合物中NH4的汲取為3.5mmol/g，去除率達(dá)到90%以上，其中60%的氮被轉(zhuǎn)化為無(wú)毒物質(zhì)。1.4放射性元素廢水鄭宜昌討論了瀏陽(yáng)海泡石粘土對(duì)放射性核素Sr2+的吸附性能。結(jié)果表明:海泡石粘土對(duì)水溶液中放射性核素Sr2+具有肯定吸附本領(lǐng)，堿性環(huán)境下更有利于吸附作用的進(jìn)行。酸活化和熱活化處理均可不同程度提高海泡石粘土對(duì)Sr2+的吸附效果；用15%的鹽酸酸化并在120℃溫度下烘烤而得的改性海泡石與微生物（TemersoniiCBS81470）的混合吸附劑處理含鈾廢水，去除率可達(dá)98%以上。1.5有色廢水江西樂平海泡石資源豐富，海泡石質(zhì)量?jī)?yōu)于湖南海泡石，用于處理紡織印染廢水，吸附容量30.7mg/g，脫色效果理想（脫色率90%），CODcr去除率雖只達(dá)到70%～80%，但可以海泡石吸附作為預(yù)處理手段，以減輕后續(xù)處理的負(fù)擔(dān)，也可望通過對(duì)海泡石改性或以海泡石為重要成分研制高效的復(fù)合吸附劑，而使CODcr去除率得到提高。作為一種低廉的吸附劑，海泡石具有較好的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值和開發(fā)應(yīng)用價(jià)值。2有害氣體吸附凈化海泡石對(duì)有惡臭味或有害氣體具有良好的吸附性，尤其是對(duì)含氮化合物，如氨氣、甲醛、硫化物、腐胺和尸胺等有極強(qiáng)的吸附作用，廣泛用于干燥劑和吸附除臭劑等。經(jīng)酸改性的海泡石對(duì)NH3、Cl2、H2S、SO2、HCl和Cl2有極強(qiáng)的吸附性，其吸附本領(lǐng)為:HClCl2SO2，NH3H2S；改性的海泡石加入肯定量的活性炭是卷煙過濾嘴的理想原材料，可去除危害人體的腈、丙酮和丙烯醛等氣態(tài)的極性化合物，并吸附煙霧中的CO、CO2等小顆粒；如用110～500℃的溫度熱改性海泡石能夠去除N2，CO2，NH3和H2O；改性海泡石適于室內(nèi)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(dá)到除味吸濕目的。另有創(chuàng)造公開了一種脫除高溫氣體中堿金屬蒸氣的吸附劑及其制備方法，所述的吸附劑以SiO2、Al2O3為重要成分的礦物（如高嶺土、海泡石、鋁土和硅藻土）為活性組分，另外添加適量無(wú)機(jī)或有機(jī)粘結(jié)劑和擴(kuò)孔劑，以提高活性組分的吸附本領(lǐng)、吸附劑孔隙率和穩(wěn)定性。其具有成本低和制備簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，可應(yīng)用于脫除高溫燃?xì)夂推渌I(yè)氣體中堿金屬蒸氣領(lǐng)域。3土壤修復(fù)海泡石的吸附和離子交換本領(lǐng)還可應(yīng)用于污染土壤的修復(fù)。王長(zhǎng)偉等人通過盆栽試驗(yàn)討論了海泡石、磷酸鹽以及二者復(fù)配施用對(duì)重金屬Cd、Pb復(fù)合污染土壤的鈍化修復(fù)效應(yīng)。結(jié)果表明，海泡石單一處理對(duì)油菜生長(zhǎng)沒有顯著的促進(jìn)作用，而磷酸鹽單一處理以及海泡石與磷酸鹽復(fù)合處理可以顯著提高油菜地上部和根部生物量。海泡石與磷酸鹽復(fù)合處理對(duì)降低油菜地上部Cd、Pb質(zhì)量比效果最為顯著，最大降低率分別可達(dá)59.76%和38.95%；磷酸鹽單一處理降低油菜根部Cd、Pb質(zhì)量比效果最好，最大降低率可達(dá)32.19%和44.30%；海泡石單一處理降低油菜Cd、Pb汲取的效果最差。不同鈍化劑處理均可顯著提高土壤pH值。絕大鈍化劑處理均可顯著降低土壤有效態(tài)Cd、Pb質(zhì)量比。綜合試驗(yàn)結(jié)果，6%海泡石與磷酸鹽復(fù)合處理對(duì)土壤Cd、Pb復(fù)合污染的鈍化修復(fù)效果最好。4環(huán)保型建材涂料如何從源頭掌控室內(nèi)裝飾造成的污染，這是多年來(lái)人們普遍關(guān)注的一個(gè)問題，具有吸附本領(lǐng)的海泡石涂料的研制成功，從一個(gè)方面對(duì)這一問題給出了很好的答案。這種新型海泡石涂料重要有四個(gè)特點(diǎn)：一個(gè)是本身無(wú)污染，二是可以吸附空氣當(dāng)中的甲醛等污染物質(zhì)，三是可以調(diào)整空氣濕度，四是具有吸音、降噪效果。海泡石可取代石棉，應(yīng)用于保溫、隔熱、絕緣、隔音工業(yè)及磨擦材料工業(yè)中。用海泡石形成的涂敷性保溫材料，因其具有導(dǎo)熱性低，保溫性能好，熱損失低，強(qiáng)度高的特性，且無(wú)毒、無(wú)污染、耐油、耐堿、耐腐蝕，還能防火、防燃、附著力強(qiáng)、不易裂縫等性能。此外，海泡石保溫材料還具有用量少、涂料薄，對(duì)管道可直接涂敷，不用捆扎的特點(diǎn)，因而施工便利，且降低成本，節(jié)省能耗。目前，全國(guó)很多保溫、密封材料廠都重視了海泡石的特別保溫節(jié)能方面的應(yīng)用。有創(chuàng)造公開了一種環(huán)保型復(fù)合保溫材料，它由下述組份構(gòu)成：海泡石100重量份；英石15—20重量份；硅酸纖維棉8—12重量份；膨脹珍珠巖45—55重量份；水玻璃10—15重量份；以及1788膠1—3重量份。這種材料，存儲(chǔ)便利、保溫效果好、防火性能好，并完全符合環(huán)保要求。另外有討論將海泡石作為一種具有自調(diào)濕功能的建材添加劑，其重量組分為海泡石族礦物：10～70份；木質(zhì)纖維：2～40份；復(fù)合磷酸鹽：5～40份；纖維素：0.1～10份；活性炭：2～10.5份；無(wú)機(jī)抗菌劑：0～3份；防霉劑：0～3份。其制備工藝包括海泡石族礦物的酸洗、活化以及各組分的混合、制漿、成型、焙燒和碎裂。將該添加劑加入各種建筑材料中，可制成具有良好自動(dòng)調(diào)濕功能以及抗菌、防霉功能的建筑材料。能有效改善居室和工作場(chǎng)所的室內(nèi)環(huán)境空氣質(zhì)量，其原材料取得簡(jiǎn)單，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，制造成本低，可以削減或取消室內(nèi)空氣濕度調(diào)整裝置的運(yùn)行時(shí)間和次數(shù)，節(jié)省能源，具有良好的市場(chǎng)前景和推廣應(yīng)用價(jià)值。應(yīng)用海泡石制作保健建筑裝飾板材，對(duì)人體健康安全無(wú)損，無(wú)毒無(wú)味、無(wú)污染，并且有較好的強(qiáng)度和透氣、吸水性能，還具有防火防潮功能，可廣泛用于各種建筑場(chǎng)所的裝飾。在摩擦材料中加入海泡石膠體代替石棉作加強(qiáng)基料，可使其具有韌性好，抗拉和抗彎度大，沖擊強(qiáng)度高，抗高溫衰退性好，磨損小，特別是高溫磨損小。此外，密度比石棉摩擦片小，剎車無(wú)噪音，無(wú)致癌物，無(wú)污染，且能降低成本，提高質(zhì)量。5展望由于海泡石具有巨大的比表面和獨(dú)特的孔結(jié)構(gòu)，吸附性能好和離子交換本領(lǐng)強(qiáng)的特點(diǎn)，海泡石的用途非常廣泛，在環(huán)保領(lǐng)域中，由于其比表面僅次于活性炭,而其價(jià)格卻非常低廉,因此海泡石作為環(huán)境保護(hù)中的吸附劑和催化劑載體具有廣闊的應(yīng)用前景。在這方面,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)海泡石的討論尚屬進(jìn)展階段。另外,稀土元素在海泡石上的應(yīng)用討論較缺乏,尤其