基于凹凸棒土改性及其在环境水处理应用的研究

基于凹凸棒土改性及其在环境水处理应用的研究

刘海燕

刘海燕哈尔滨市松北区松北社区卫生服务中心黑龙江哈尔滨150028

【摘要】目的：将凹凸棒土改性为一种新型载体絮凝吸附剂与分子筛，解决常规工艺处理北方寒冷地区低温高色高氨氮水源水效果不佳的问题。研究基于改性凹凸棒土的脱色脱氨氮水处理工艺集成技术，保障北方寒冷地区的饮用水安全。方法：利用X射线荧光光谱、傅立叶变换红外光谱、扫描电子显微镜与孔径分布等测试方法，通过研究改性凹凸棒土的微观结构、矿物特征与形成过程，分析适于低温脱色脱氨氮的凹凸棒土的最佳改性方式。结果：壳聚糖改性凹凸棒土（CPA）脱色效果显著，机理以静电吸附、化学反应为主；提纯凹凸棒土脱色效果次之；碱改性凹凸棒土（4A分子筛）脱NH-N效果显著；热、酸改性凹凸棒土对NH-N去除率低。结论：结果表明：pH值与污泥回流量是影响色度去除率的显著性因素。HA-颗粒溶液主要与PFA水解产生的络合物发生反应。CPA能有效去除溶解性有机物，并能作为“凝核”增大絮体的强度以及破碎后絮体的恢复能力。回流污泥能促进CPA对HA的吸附，改善低温低浊现象。强化混凝后，出水受色度、温度影响程度降低。

以上分析与结果使凹凸棒土改性及其在环境水处理应用趋于优化。

【关键词】凹凸棒土；改性；环境水处理【中图分类号】R161.4+1【文献标识码】A【文章编号】1276-7808（2015）-04-379-01

前言随着生活水平的不断进步，人们对环境质量的的要求也不断增加。

近年来，国家不断提高对饮用水质量要求，凹凸棒土产于特殊的地质环境条件下，具有许多特殊优异的性能，以吸附、粘结、催化等不同作用被广泛应用于脱色及建材、纺织、水处理、地质勘探等行业。本文主要探讨了近年来关于凹凸棒土不同改性处理及用于环境处理方面的研究，特别是处理北方寒冷地区低温高色高氨氮水源水方面的研究进展。

1.一般资料凹凸棒土呈土状，多产自沉积岩和风化壳中，颜色呈白色或灰白色，有弱丝绢光泽。土质细腻有滑感，质轻、性脆，断口呈贝壳状或参差状，吸水性强。湿时具粘性和可塑性，干燥后收缩小，不大显裂纹，水浸泡崩散。悬浮液遇电介质不絮凝沉淀。凹凸棒土形态呈毛发状或纤维状，通常为毛毯状或土状集合体。莫氏硬度2-3，加热到700-800e，硬度>5，比重为2.05-2.32。凹凸棒土结构中存在晶格置换，晶体呈针状，纤维状或纤维集合状，并具有一定的可塑性及粘结力，各种离子替代的综合结果是凹凸棒土常常带少量的负电荷，此种电荷属于结构电荷具有介于链状结构和层状结构之间的中间结构。基于凹凸棒土的廉价、易得、品质高、稳定等特性，目前对于凹凸棒土的开发来进行改性处理以拓展凹凸棒土的新用途，提升凹凸棒土的利用价值，使凹凸棒土产生更加广泛的利用价值。

2.凹凸棒土改性方法凹凸棒土改性方法包括以下几点：1）凹凸棒土活化。目前常用的凹土改性处理方法主要有超声波处理、高温焙烧处理和酸化处理等。由于凹凸棒土中含有的结构水，通过高温焙烧可以将其脱去，在加热时能脱除晶体结构中不同状态的水，内部结构变得疏松多孔，从而增加比表面积，增加活性位点，增强吸附力。但是，活化温度要求比较严，不同的活化温度就会产生不同结构2）有机质复合改性有机质材料的复合可以有效的改进基质材料的团聚，分散不均衡的缺点，使其达到有效的均匀分散和较好的与基质材料进行表面结合等优点，从而改善材料的可塑性，增强其吸附能力及其它性能。有机质的改性处理主要有表面活性剂、硅烷偶联剂的修饰和有机聚合物材料的复合等形式。3）金属离子负载改性。随着近年水处理中凹凸棒土使用量的增加，担载催化剂是将一种或多种活性成分沉积到具有高表面积的载体上，从而保证催化剂的高催化效率和提高催化剂的利用率。凹凸棒土具有较大的比表面积，利用其作为载体可以提供高表面积的负载3.结果将凹凸棒土分离提纯后，分别进行各种改性处理，基于微观结构、水质优化效果与机制，确定最优改性方式。研究分析脱色脱氨氮机理与规律，为保障饮用水安全提供可行的技术支撑，得到以下方面结论：（1）确定了适于低温脱色脱氨氮的凹凸棒土改性方式、优化条件。

结果表明：90%纯度凹凸棒土（PA-90）可有效去除凹凸棒原土中的石英并拆散其致密的聚集体与晶束，比表面积提高19.7%，平均回收率为54%。壳聚糖-冰乙酸溶液与凹凸棒土-壳聚糖-冰乙酸混合溶液的搅拌时间比3h：3h，反应温度60℃；CPA对色度的去除率高达88%，脱色依靠静电吸附与化学作用。（2）研究了CPA低温脱色吸附性能，结果表明：吸附量在初始2min内达饱和吸附量的70-90%，溶液pH=7时CPA脱色超过80%，受膜扩散与孔隙内扩散控制，CPA的自发放热-物理化学吸附脱色性质适于低温水处理。CPA与PA-90合成4A分子筛再生能力高，经济、社会与环境效益明显强于现有药剂。（3）基于上述静态试验基础研究与理论分析，建立了新型高密度沉淀池-4A分子筛预涂膜过滤器优化运行控制方式，降低混凝剂投加量。保证悬浮泥渣面低，底部污泥浓度高。基膜采用物理清洗，每34天实施一次更换。该组合工艺处理低温青顶水库水源水效果显著。

4.讨论4.1酚类污染物的处理去除水体中酚类物质是具有重大意义。凹凸棒土资源丰富、质优价廉，利用凹凸棒土及改性凹凸棒土的吸附特性应用于去除溶液中酚类污染物能够产生很大的价值。通过用聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC）对凹凸棒土实施有机改性，并研究改性凹凸棒土吸附微污染水中苯酚的性能及主要影响因素。优化条件下苯酚的脱出率达到89%，显示出较好的吸附性能。而且改性凹凸棒土的静态吸附行为符合Freundlich吸附等温方程。研究表明性土对邻硝基苯酚的吸附去除在较短的时间内即基本达到吸附平衡；改性凹凸棒土有机碳含量均有增加。另外采用声波技术辅助，对凹凸棒土进行有机改性，提高凹凸棒土的苯酚吸附能力，比较了不同的阳离子表面活性剂的改性效果，并且通过正交实验得出了超声波改性的最优化工艺条件。

4.2染料废水处理凹凸棒土以其独特的多孔道结构和大表面积，可以实现对染料废水的较好吸附。以凹凸棒土的此特性通过对其进行复合吸附材料、具有光活性材料、有机聚合物等来实现表面改性处理，以此来增强凹凸棒土的吸附及光解能力，达到去除环境中有机染料的目的。对于天然粘土类物质作为吸附剂对染料的吸附性能的研究，并评述了对天然凹凸棒土类物质的活化方法及不同的改性手段对天然粘土类物质进行改性处理对染料的吸附性能影响。通过超声辅助十八烷基三氯化铵表面活性剂改性凹凸棒土，对环境中水溶液中活性红进行吸附性能研究，从吸附平衡数据、动力学、热力学参数表明经过修饰的吸附剂可以较好的吸附去除水溶液中活性红。

结语目前改性凹凸棒土研究多处于实验室阶段，距离具体投入大剂量使用还有很大的差距，吸附处理技术是废水处理的重点课题，凹凸棒土作为效果显著的环保吸附材料更应成为研究的重中之重。针对目前改性凹凸棒土在水处理中存在的一些问题，如何克服环境中干扰因素的影响，深入研究吸附机制，增强对结构和性能的认识。开发新的改性方法，必将促进新型改性凹凸棒土的发展。开发出更加具有适应性的改性凹凸棒土应成为新的研究重点。现有的改性方法大多是对凹凸棒土进行单一化处理，应加强多种改性方法的联合使用，以提高吸附剂的利用率和处理效率。现在的多种改性凹凸棒土多以粉末状形态存在，虽吸附效果良好，但回收和再生处理困难，易造成二次污染，因此，要在工程应用这一方而多开展研究。要不断提高改性凹凸棒土吸附机制的研究深度，争取早日产生较大突破。

参考文献：[1]孙楠，改性凹凸棒土处理低温高色高氨氮水源水研究[J]哈尔滨工业大学.2013，6.[2]郭娜，王金生，李剑，滕彦国.改性凹凸棒土在水处理中的应用现状[J].北京师范大学学报（自然科学版），2014，12.[3]于志新，还子扬，赵晓红，李春香，潘建明，闰永胜.凹凸棒土改性及其在环境水处理中的应用研究［J］硅酸盐通报，2010，12.29（6）.