膨潤土在廢水處理中的應用研究進展

趙 雪 孫軼男（渤海大學化學化工學院遼寧錦州121013）

膨潤土在廢水處理中的應用研究進展

趙 雪 孫軼男
（渤海大學化學化工學院遼寧錦州121013）

本文介紹了膨潤土的類型、結構及其理化性質，綜述了利用膨潤土吸附性來處理含有重金屬離子、氨氮、有機物、染料及其他物質的廢水的國內外研究現狀，并指出目前膨潤土在廢水處理方面的問題及應用前景。

膨潤土；膨潤土改性；廢水處理

隨著工農業迅猛發展，大量未經處理的廢水隨意排放，使水污染日益嚴重；同時人口膨脹對水的需求量越來越大，開發新型、高效、廉價、無毒、無二次污染的水處理材料成為當前的重要課題。21世紀從可持續發展戰略出發提出“綠色化學”概念，利用膨潤土是一種無毒、無二次污染、來源廣泛、廉價易得的綠色水處理產品，許多學者對膨潤土進行了大量并且深入的研究，尤其是利用改性膨潤土對廢水的處理進行了具體而深刻的研究，使有限的水資源得以充分利用，解決我國傳統廢水處理的不足。

1 膨潤土概述

膨潤土是一種重要的非金屬礦產，世界上膨潤土資源豐富，分布廣泛。我國膨潤土種類齊全，以鈣基膨潤土為主（80%以上），兼有鈉基膨潤土、氫基膨潤土、鋁基膨潤土和鎂基膨潤土等。膨潤土是由兩層硅氧四面體和一層鋁氧八面體組成2∶1型層狀硅酸鹽礦物，其結構式通Nax(H2O)4{(Al2-xMg0.33)[Si4O10](OH)2}。

1.1 膨潤土的理化特性

膨潤土原料性能指標包括水分、粒度、膠質價、膨脹容、吸水率、吸藍量、黏度、陽離子交換容量、懸浮體性能、熱濕拉強度、濕態抗壓強度、灼燒失量、濾失量、活性度、游離酸、脫色率等。膨潤土理化特性有：晶格置換、電負性、吸水膨脹性、觸變性、分散懸浮性、粘結性、可塑性、吸附性、離子交換性等。

2 膨潤土處理廢水的研究現狀

2.1 膨潤土處理含重金屬離子廢水

天然膨潤土具有較大的離子交換容量和比表面積，常用來處理重金屬離子廢水，改性膨潤土處理廢水效果更佳顯著。改性方法有：鹽改性，酸活化改性，微波活化改性，有機改性等[1]。

李芳蓉[2]、Tahir[3]分別利用酸化膨潤土處理重金屬離子，酸度對去除率影響較大，去除不同金屬離子有不同的pH適宜范圍；pH一定時，酸性膨潤土對重金屬離子（除Pb2+以外）的去除率隨濃度的增大而降低，在處理電鍍廢水時，對Cu2+、Pb2+、Cr6+的去除率較高，而對Ni2+、Cd2+的去除率較低。Gaspar B分別利用改性膨潤土處理廢水中的Pb2+和Cd2+，當pH=8左右，Pb2+的去除率達到90%以上；Cd2+的去除率達到90%。羅太安[4]利用改性膨潤土處理廢水中的Cd2+和Ni2+，在pH為5-6時，吸附效率接近96%和100%。

2.2 膨潤土處理NH3-N廢水

目前利用膨潤土處理廢水中氨氮的研究尚且不多，利用鈉化、微波改性煅燒鎂改性膨潤土可有效去除廢水中的氨氮，加大力度研究改性膨潤土處理廢水中的氨氮。

王代芝[5]等研究利用鈉化膨潤土處理氨氮廢水，攪拌40min，膨潤土用量為5g，pH值為8-9，室溫條件下處理濃度為160mg/L的氨氮廢水100ml效果最佳，最高去除率可達到93.78%。聶錦旭[6]等利用微波強化改性膨潤土處理廢水中氨氮，在溶液pH值為10，吸附劑用量為0.4g/L，吸附時間為20min時，對濃度為100mg/ L氨氮廢水的去除率可達到96.8%。胡巧開[7]利用煅燒鎂改性膨潤土對氨氮廢水進行吸附研究，膨潤土中的鎂離子質量分數為2%時，經300℃煅燒2h時，在pH= 6、鎂離子該性膨潤土用量為10g/L、吸附時間30min的條件下，對質量濃度100mg/L的氨氮去除率可達91%。

2.3 膨潤土處理有機廢水

天然膨潤土表面的硅氧結構有較強的親水性，導致層間陽離子水解，所以天然膨潤土吸附有機物的能力差。因此在處理有機廢水時，大都是用改性膨潤土，在今后研究中重點要以膨潤土作為催化劑應用于廢水處理，從而更加有效的去除廢水中的有機污染物。

Ma[8]等利用溴化十六烷基三甲銨改性膨潤土處理酚類，在pH=3-8，反應時間25min，膨潤土投加量10g/ L時，對苯酚、p-硝基苯、β-萘酚的去除率分別達69%、92%、99%。Sanabria等用預先聚合的鋁-鐵固體粉末，滲析膜法制備改性膨潤土，反應時間2h，苯酚100%被氧化，總有機碳的去除率在49%-53%。

2.4 膨潤土處理印染廢水

膨潤土對廢水脫色的研究表明，利用鐵鹽改性、硫酸改性、焙燒改性、有機改性膨潤土對印染廢水進行脫色極為廣泛，研究適宜的改性條件是將膨潤土用于實際印染廢水處理的關鍵。

武文浩[9]用有機膨潤土分別處理染料甲基橙和陽離子染料廢水，脫色率大于活性炭，平均脫色率超過99%。Lian[10]等用鈣化改性膨潤土，其對剛果紅的最大吸附量為227.27mg/g，對剛果去除率可達95%。楊久義等利用改性膨潤土對麥草漿造紙黑液的色度去除率可達90%以上，對COD的去除率可達到70%以上。

2.5 膨潤土處理其他廢水

2.5.1 垃圾滲瀝液的處理

垃圾滲瀝液中含有大量有機物和無機離子及其中間產物，成分十分復雜，對環境的污染主要是它的好氧性、腐蝕性及對水生物的毒性。

陸海軍[11]等利用顆?；钚蕴考八峄罨驖櫷粮牧祭盥駡鲆r墊土壤材料，對Cr6+的吸附強度有了很大提高。邢奕等[12]通過對鈉基及膨潤土進行改性，處理經MBR處理后的難以被生物降解的廢水，當改性劑與膨潤土配比為1:10，pH為8，溫度為25℃，改性膨潤土投加量為12g/L,PAFC投加量為12g/L，COD去除率達93%，符合垃圾滲濾液排放要求。

2.5.2 農業廢水的處理

農業廢水中污染物質主要有化肥、農藥等農用化學品，其中富含氮、磷、苯、氯等化學物質，大部分的農業廢水未經處理直接排放到周邊河流、湖泊等，對地表水和地下水造成了嚴重的污染，引起水體富營養化加劇。

Narine[13]等研究膨潤土對百草枯、殺草快、勞氏素三種農藥的吸附量超過其陽離子交換容量（CEC），而對亞甲基藍、新亞甲基藍、孔雀綠的吸附量相當于其CEC。

2.5.3 焦化廢水的處理

焦化廢水成分復雜多變，污染物濃度高，尤其是難降解有機物、氨氮的濃度、COD高，成分復雜，處理較難。

張斌等[14]利用十八烷基二甲基甜菜堿（BS-18）改性膨潤土吸附苯酚，表明兩性修飾改性膨潤土對苯酚的吸附速率大于未修飾的，且均隨著修飾改性比例的增加而增大；吸附量在pH值4-8范圍內穩定，pH大于8后，吸附量迅速降低。王通等[15]采用十六烷基三甲基溴化銨（CTMAB）和陽離子型聚丙烯酰胺（CPAM）分別改性膨潤土，制得系列CTMAB－膨潤土（C-Bt）、CPAM-膨潤土(P-Bt）、和復合型膨潤土（C/P-Bt），C/P-Bt對有機物有明顯的協同吸附效應，C/P-Bt吸附量大于相應的C-Bt和P-Bt吸附量之和，對苯酚和硝基苯的吸附量分別可提高22%和26%。

3 存在的問題及展望

改性膨潤土處理廢水效果好，在環保領域中應用的可行性很大。利用改性膨潤土處理廢水所存在的問題：

（1）膨潤土是一種粉末狀的黏土，投入廢水中后會形成泥漿，不能有效降低污水濁度，渣水分離存在一定困難。

（2）改性膨潤土對污染物有較高的去除率，應深入研究改性劑的種類及改性方法，降低處理成本，同時拓寬改性膨潤土的適用范圍。

（3）膨潤土的回收再生問題目前研究較少。

總之，大多數改性膨潤土具有制備工藝簡單、成本低廉的特點，是一類很有效的水處理劑，研究突破在于：a.制備多功能，即能處理復雜廢水的改性膨潤土；b.制備具有高負荷量的膨潤土。根據膨潤土的組成、結構、質量以及性能標準，使其成為系列化、標準化的黏土；研究各種改性材料的性質及處理工藝條件，使制備改性膨潤土標準化；深入研究膨潤土的再生方法，找到一種更加經濟可行的改性方法，相信將其投注于廢水處理中的應用會更加廣泛。

[1]穆文菲.膨潤土處理重金屬離子廢水的研究進展[J].化工中間體.2012.27-30

[2]李芳榮.膨潤土的改性及其在廢水處理中的應用研究[D].甘肅：西北師范大學.2007

[3]Tahir S,Naseem R.Removal of Cr（Ⅲ）from tannery wastewater by adsorption onto bentonite clay[J].Separation and Purification Technology.2007.53:312-321

[4]羅太安.改性膨潤土對Cd（Ⅱ）吸附性能的研究[J].中國廢金屬礦業導刊.2006（5）：80-81

[5]王代芝等.鈉基膨潤土對氨氮廢水的處理[J].化學工業與工程技術.2006.27(1):22-25

[6]聶錦旭，劉力凡等.微博強化鋁改性膨潤土對水中氨氮的吸附性能[J].金屬礦山.2009.12

[7]胡巧開.氨氮廢水的吸附處理[J].無機鹽工業. 2005.37(8):45-47

[8]Ma J F,Zhu L Z.Removal of phenols from water accompanied with synthesis organobentonite in one-step process[J].Chemosphere.2007.68:1883-1888

[9]武文浩等.陰陽離子有機膨潤土對甲基橙的吸附性能研究[J].化工技術與開發.2007.36(11):1-28

[10]Lian Lili,Guo liping,Wang Aixia.Use of CaCl2modified bentonite for removal of Congo red dye from aqueous solutions[J].Desalination.2009.249:797-801

[11]陸海軍等.垃圾填埋場污泥灰改性黏土襯墊的強度特性及微觀結構[J].巖土力學.2015.187-192

[12]邢奕等.改性膨潤土處理垃圾滲濾液的研究[J].環境工程.2012.44-46

[13]Narine.On the Mechanism of Latex Particles Formation in Polymerization in Heterogeneous Monomer-Water System[J].化學與化工(英文版).2015.363-368

[14]張斌等.兩性修飾膨潤土對苯酚吸附的動力學研究[J].干旱地區農業研究.2012.30(3):200-204

[15]王通等.CTMAB/CPAM復合改性膨潤土吸附水中苯酚和硝基苯[J].環境科學.2010.2(31):385-389

趙雪（1995-），女，漢族，遼寧省沈陽市人，渤海大學，化學化工學院，環境工程，本科生