本站小編為你精心準備了海泡石在廢水處理中的運用參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《環境保護與循環經濟》2016年第10期

摘要：海泡石因成本低、來源廣、儲量大、安全環保、比表面積大，具有良好的吸附性、流變性和催化性能，被廣泛應用于處理各種污水。介紹了海泡石的結構、性能和改性方法，并論述了海泡石處理重金屬水、染料廢水的作用機理。

關鍵詞：海泡石；改性；重金屬；陽離子染料；作用機理

1引言

常用的鋁鹽鐵鹽絮凝劑和高分子絮凝劑雖應用廣泛但卻會給水體帶來安全性問題。活性炭吸附劑無毒但成本高，針對國內絮凝劑現狀尋求成本低、來源廣、儲量大、安全環保成為必然。海泡石是一種纖維狀多孔富鎂質的硅酸鹽黏土礦物材料，化學結構式為Si2O3OMg8（OH）4（H2O）4•8H2O，2層硅氧四面體中間夾1層鎂氧八面體，通過共同頂點連續交替聯結，形成三維立體骨架結構，上下層相間排列，結構處在層鏈狀的過渡型。水分子和K＋，Na＋等離子處于大小約為0．38nm×0．94nm的孔道中。海泡石特殊的結構，使海泡石具有比表面大、離子交換能力強的性質。

2海泡石的性能

2．1吸附性

海泡石優良的吸附性能體現在海泡石結構中。海泡石擁有貫通的沸石通道和孔隙，較大的比表面積和孔容積提供物理吸附條件。海泡石通過化學鍵吸附雜質的原因有：（1）硅氧四面體層中的氧原子提供許多弱電荷，弱電荷由于靜電引力吸附雜質；（2）雜質與鎂離子配位的水分子之間形成氫鍵；（3）在硅氧四面體外表面，由于Si-O-Si鍵斷裂產生的Si－OH基，與被吸附在海泡石外表面上的分子發生絡合反應。Si－OH基還能與某些有機試劑形成共價鍵。三類活性中心使海泡石的物理吸附和化學吸附能力得到提高。另外，海泡石表面含MgO6和SiO4，形成許多堿性中心和酸性中心，較強的極性易吸附極性物質。

2．2流變性

海泡石呈束狀體，當溶解在水或其他極性溶劑中時，束狀纖維會雜亂無序地連接成無規則的纖維網絡，纖維網絡阻礙溶劑流出，使溶劑停留在網絡中，這樣懸浮液具有高黏度和流變性。

2．3催化性

海泡石能用作催化劑是因為其自身有許多吸附中心，熱穩定強，比表面積大。其中自身含有的大量Si－OH基，能與有機質的氣態或液態發生作用，產生礦物衍生物，但礦物的結構保持不變。此外，由于海泡石高的化學惰性，使其懸浮液受電解質影響不大，也保證了結構的完整性。

3改性方法

3．1熱改性

熱改性主要有高溫改性和水熱改性兩種方法。熱改性是通過對海泡石的烘烤脫去沸石水，使Si-O四面體結構轉變為Si－OH基，從而擴大了晶體中的通道且結構網架不變。

3．1．1高溫改性

高溫改性主要是高溫焙燒擴孔。海泡石結構中存在吸附水、結晶水和羥基水。隨著溫度升至250℃，吸附水逐漸脫去，孔道變多增大，增加了活化中心的強度和數量，吸附性能得到提升且海泡石結構和性質都保持不變。繼續升溫至700℃時，孔洞內結晶水開始脫失過程，海泡石中原子排列發生變化，結構出現折疊、坍塌，造成海泡石吸附能力下降。700℃至1000℃羥基水脫失，海泡石孔道徹底塌陷，吸附性能喪失，導致原子重新組合，形成了頑輝石和方英石新物質。

3．1．2水熱改性

呈束狀纖維狀海泡石通過水熱法解離，纖維變小，從而增大了層距及孔隙孔徑，比表面積得到提高。實驗過程一般是海泡石與水按1:20比例混合，在反應釜內設置110～210℃下，慢速攪拌約2h。通常水熱活化后的產物會再經過酸改性，破壞鎂氧八面體和硅氧四面體，減少結構骨架中的熱雜質，孔道疏通，增大孔隙率及比表面積。

3．2酸改性

酸改性是通過改變晶體結構物，H＋取代海泡石層間的Mg2＋而具有活性，與Si-O結構生成Si－OH基，Si-O-Mg-O-Si鍵變成了Si-O-H鍵，且H＋與海泡石中的碳酸鹽和雜質反應得到純海泡石。酸改性過程中結晶水也隨之脫失，疏通了晶體內部通道，使大量微孔擴成中孔，比表面積增加，相應吸附能力也得到增強。一般以2％～10％的強酸濃度為宜。

3．3離子交換改性投加高價金屬離子能誘發強酸中心；低價金屬離子產生強堿中心。因此離子交換改性是擁有較強極化能力的金屬陽離子取代海泡石八面體骨架中的Mg2＋，導致海泡石表面產生中強酸性或中強堿性，以此來增大吸附能力。

3．4有機改性

有機改性就是用偶聯劑或表面處理劑與海泡石表面的酸活性中心和Si－OH基團作用進行改性。例如有機硅烷能順利與海泡石復合是通過水解反應產物硅醇與海泡石表面的－OH基的醚化作用。Si－OH基團可與有機酸發生醋化反應，與有機醛進行縮合反應，分別產生碳鏈長短不一的烴基、碳氫鏈。含活性基團的有機物改性海泡石，可使活性基團吸附在海泡石表面，增強了與高分子反應的能力。

3．5磁化改性

磁化改性是在海泡石上負載合適比例的三價鐵鹽和二價鐵鹽，形成外部磁場使海泡石獲得磁性。利用Fe3＋的氧化性去除重金屬離子。磁化改性海泡石不僅在金屬離子的去除能力方面得到提高，而且由于磁性易回收，為以后廢物的回收提供了依據。

4吸附機理

海泡石吸附機理一般包括離子交換、表面絡合作用和靜電作用。

4．1海泡石吸附金屬離子機理探究

海泡石結構中由于Si-O-Si鍵斷裂，產生Si－OH基，它們可以與重金屬離子發生表面絡合；其中絡合化學吸附發生在穩定的內層，而非穩定的外層發生絡合物理吸附。重金屬離子Cu2＋，Pb2＋等進入海泡石的晶格層間與海泡石八面體的水分子或K＋，Ca2＋等發生離子交換，從而減少廢水中重金屬離子的濃度。存在于海泡石表面和廢水中的OH－，可與重金屬離子反應生成沉淀物。海泡石表面負電荷與重金屬離子間靜電引力也能去除一部分重金屬。海泡石結構中存在大量沸石通道和孔隙，較大的比表面積，為吸附極性物質提供有機條件。

4．1．1pH對海泡石吸附重金屬離子的影響

在pH＜5時，大量的H＋會與重金屬離子產生競爭作用，吸附效率較低。當pH升高時，不僅降低了H＋濃度從而減弱了競爭，為重金屬離子接觸表面活性位提供了更大的可能，還可以增加廢水中OH-，轉移海泡石的羥基，與重金屬離子反應產生沉淀，提高對重金屬的吸附能力。

4．1．2重金屬離子濃度對海泡石吸附能力的影響

隨著重金屬離子濃度的增加，廢水中的重金屬離子的增多能更多地與海泡石結構接觸，吸附量也隨著增加。海泡石吸附飽和后，表面與重金屬離子帶同種電荷，會發生靜電排斥，抑制了吸附能力。

4．1．3海泡石對不同重金屬陽離子吸附能力的大小

海泡石吸附不同的重金屬離子是有差異的，吸附能力排列順序為Pb2＋＞Cu2＋＞Cd2＋＞Zn2＋。造成吸附效率差異的原因之一是金屬水解能力。重金屬水解生成羥基金屬離子，羥基金屬離子比自由離子有吸附優勢。水解常數pK直接影響著水解能力。重金屬陽離子水解常數大小依次為pKPb＜pKCu＜pKCd，則吸附量為qPb＞qCu＞qCd。金屬離子的電價也是影響海泡石吸附能力的因素，電價高、半徑小的離子更易發生交換作用，吸附量也增加。各種金屬離子與海泡石結構中的鎂離子交換能力也是引起吸附差異的原因。

4．2海泡石對染料吸附機理探究

海泡石能吸附染料不僅因為海泡石特有的結構使陽離子型染料分子結合在海泡石外部和擴散到孔道內，還有陽離子染料與海泡石中的Mg2＋，Ca2＋，Na＋等離子交換作用，當染料分子與海泡石表面中性位結合時，可形成一個單價帶電締合物，因而改善了吸附染料分子的能力。海泡石吸附容量高于染料分子含量，陽離子染料主要進行離子交換，幾乎被吸附完全。海泡石對有機染料的吸附受水膜的阻礙，表面吸附很差，以層間結構吸附為主。染料被海泡石吸附主要是因為締合物的產生。不同價態染料與海泡石形成不同電性的締合物：單價態陽離子染料與海泡石表面的負電位由于靜電作用復合，形成中性締合物。此中性產物可繼續結合陽離子染料分子形成正電荷締合物。此外海泡石晶體硅烷醇中性點的Si－OH，也可與染料分子聯結形成單價帶電締合物。以上三類締合物都可進一步吸附大量的一價有機陽離子染料。對于甲基綠等二價陽離子染料，可與海泡石上的二價負電位和單價負電位作用分別形成中性和一價正電荷締合物。

5結論與展望

海泡石特殊的結構不僅有貫通的沸石通道和孔隙，表面還存在活性中心。海泡石處理廢水的能力取決于離子交換能力、表面絡合作用和靜電作用。海泡石優越的性能在廢水處理領域有很大的應用前景。但由于現有的對非金屬離子吸附機理研究不夠深入，天然海泡石雜質較多，在一定程度上限制了海泡石的應用。所以，今后應加大對海泡石去除非金屬離子的理論研究和海泡石最佳改性的研究。

參考文獻

［1］吳平霄．黏土礦物材料與環境修復［M］．北京：化學工業出版社，2004：274－276.

作者：郭振華；劉中桃；楊帆；馬影利；梁亞超 單位：河北工業大學