隨著我國工業(yè)的迅速發(fā)展，嚴(yán)重的環(huán)境污染問題伴之而來。有關(guān)資料表明許多河流、湖泊及城市的地表水和地下水質(zhì)日趨惡化，人們的飲用水源受到嚴(yán)重污染威脅。目前，國內(nèi)的污水處理仍然是成本高、效率低，致使許多企業(yè)未能對(duì)污水有效處理而排放。尋找廉價(jià)的處理污水的新材料，采用先進(jìn)的處理方法，降低處理成本，提高處理效率，成為污水處理中的一個(gè)重要問題。
膨潤土和沸石屬分布較廣的黏土類礦物，它們以硅酸鹽為主，呈硅、鋁晶體結(jié)構(gòu)，本身帶永久性負(fù)電荷，內(nèi)部空隙比較豐富，具有很大的表面積和較大的吸附能力。我國Zeolite和膨潤土儲(chǔ)量很大，用沸石和膨潤土開發(fā)研制污水處理的新材料，是解決污水處理的一條可行的徐徑。本文就目前研究及應(yīng)用現(xiàn)狀作一綜述，并提出了現(xiàn)在研究中存在的問題及今后研究的方向，以提供人們?cè)谠摲矫嫜芯康木C合思路。
1、沸石和膨潤土的結(jié)構(gòu)特征及其吸附性能
沸石和膨潤土之所以能用于廢水的處理，根本原因是它們有著特殊的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)。但無論什么樣的沸石和膨潤土，其結(jié)構(gòu)單元層都是由Si2O四面體或Al2O八面體組成。由于晶格中的Si+4被Al+3取代而產(chǎn)生永久性的結(jié)構(gòu)負(fù)電荷，這種負(fù)電荷為可交換性陽離子所平衡，不受介質(zhì)pH值影響。由靜電作用能吸附正電離子或其他帶正電荷的微粒，以降低表面能。除此因素以外，尚有表面絡(luò)合等專性吸附；Si2O2Si及Al2O2Al斷鍵形成的吸附中心與有機(jī)物形成共價(jià)鍵，其分子可以取代層間水分子發(fā)生層間吸附，而且有機(jī)物分子的極性越強(qiáng)越容易被吸附。對(duì)于膨潤土改性后的有機(jī)膨潤土，對(duì)其吸附水中不同極性有機(jī)物的特征、機(jī)理及規(guī)律的研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)膨潤土對(duì)水中不同極性有機(jī)物吸附包括表面吸附和分配作用。吸附作用大小與改性時(shí)所用的表面活性劑種類，特別是鏈長等因素有關(guān)。
沸石和膨潤土質(zhì)輕，空隙比較發(fā)達(dá)(如沸石空隙體積達(dá)50%)，比表面積很大，有相當(dāng)強(qiáng)的吸附能力。若進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男蕴幚恚梢杂行У馗纳破浔砻嫖锘再|(zhì)，提高吸附量.
另外，廢水中的無機(jī)物小分子、離子、色素等被吸附，會(huì)釋放出Al3+，F(xiàn)e3+，水解成Aln(OH)3n244+，F(xiàn)en(OH)3n244+等多核羥基帶高正電荷的配位體，這些配位體與沸石和膨潤土表面具有的靜電力、色散力，共同對(duì)廢水中帶正電荷的顆粒產(chǎn)生配位吸附、絮凝沉降，也可以達(dá)到凈化廢水的目的。
2、沸石和膨潤土的改性處理對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)的影響及在廢水處理中的效果
許多研究文獻(xiàn)表明，天然沸石和膨潤土在廢水處理中的效果不如經(jīng)過改性的效果好。下面分別就各種改性機(jī)理及效果加以闡述。
2.1高溫焙燒改性
對(duì)膨潤土改性進(jìn)行了較深入的研究，在高溫焙燒改性試驗(yàn)中，焙燒改性后膨潤土的比表面積數(shù)據(jù)見表1。
450℃焙燒2h的膨潤土的比表面積最大，可能是由于焙燒使其結(jié)構(gòu)中的吸附水和結(jié)晶水析出，比表面積增大。超過450℃焙燒，比表面積急劇下降，是由于晶體表面熔化，使孔道封閉所至。研究沸石對(duì)Pb2+的吸附性能時(shí)，也用了焙燒方法處理沸石。
選擇400℃～500℃作為沸石焙燒溫度最佳。研究也表明在400℃下焙燒120min的沸石對(duì)Pb2+吸附效果最好。
2.2酸改性
對(duì)膨潤土進(jìn)行了酸改性研究，研究表明采用鹽酸改性不如用硫酸改性效果好。
由表3可見，經(jīng)酸改性膨潤土的比表面積隨酸濃度的提高而增大，可解釋為天然膨潤土經(jīng)酸處理可除去膨潤土通道中的雜質(zhì)，孔道得到疏通，有利于吸附質(zhì)分子的擴(kuò)散。再者，H+半徑小，取代了膨潤土孔道中的Na+，K+，Ca2+，Mg2+等離子，使孔容積增大，并削弱了原來的層間力，層狀晶格裂開，孔道被疏通。經(jīng)0.50molLH2SO4在60℃下處理3h后的膨潤土，對(duì)廢水COD的去除率為40%～45%，脫色率可達(dá)94%。E.Gonalez2Pradas等研究了膨潤土用硫酸(0.125molL～1.0molL)活化和熱處理(110℃～400℃)后，其表面微孔體積增大，經(jīng)1.0molL硫酸處理的膨潤土，有最大的比表面積。這與王連軍等研究的結(jié)果相符。用鹽酸活化處理沸石，處理含鉛廢水，在pH=4-12、Pb2+濃度0mgL～100mgL范圍內(nèi)，按鉛、活化沸石重量
比為1∶200投加，鉛的去除率在98%以上。以膨潤土與粉煤灰的比為3∶2，投入20%的硫酸溶液中恒溫?cái)嚢?h，制得的BEFL吸附劑，有較好的除臭性能。
2.3鹽改性
用濃度為2molL的鈉鹽和鎂鹽進(jìn)行改性膨潤土，其吸附性能比原土均有提高，COD去除率由原土的26%，分別提高到53%和59%，脫色效果也較好。其機(jī)理可解釋為；改性后Na+，Mg2+離子充當(dāng)了平衡硅氧四面體上負(fù)電荷的作用，削弱了結(jié)構(gòu)單元層間的作用力，使之分離成更薄的單元晶片，從而使內(nèi)表面積增大，吸附能力也隨之增大。用離子交換、靜電吸附的方法將沸石用鋁鹽、鐵鹽進(jìn)行改性，使其成為具有吸附、絮凝雙重作用的凈水材料。用鈉、鋁化合物按一定比例與膨潤土混合，在pH=6時(shí)攪拌加熱至沸制備的鈉、鋁改性膨潤土，處理含鉻廢水，對(duì)鉻的吸附率大于95%。在膨潤土精礦中，加入鎂、鋁化合物，攪拌煮沸、烘干、焙燒1h得到BMA弱堿性陽離子吸附劑，用于吸附鉻和磷，對(duì)鉻和磷的去除率分別達(dá)到99.7%和97.5%，吸附性能優(yōu)于活性碳。
以0.1%Na—膨潤土處理印染廢水，紅色印染廢水的COD去除率為85%，脫色率為88%；藍(lán)色印染廢水的COD去除率為94%，脫色率為98%。用膨潤土加入Na2CO3、AlCl3、MgCl2等制得MMH—膨潤土和鋁交聯(lián)蒙脫土，具有更優(yōu)越的混凝吸附性能，對(duì)有機(jī)物及色素的吸附能力得到了提高。應(yīng)用于堿性條件下處理造紙廢水時(shí)，對(duì)呈負(fù)電性的木質(zhì)素膠體有較強(qiáng)的電中和能力。研究表明pH=9.3時(shí)堿木質(zhì)素開始沉淀，當(dāng)pH小于4時(shí)堿木質(zhì)素沉淀基本完成，COD的去除率由原土的16.7%提高到30.5%，達(dá)到凈化廢水的目的。
2.4有機(jī)改性
研究表明，膨潤土進(jìn)行有機(jī)改性后對(duì)有機(jī)物的吸附能力增強(qiáng)。用十八烷基三甲銨、十八烷基二甲基芐基銨改性的膨潤土，并加絮凝劑(2%聚氯化鋁)吸附汞，使汞的去除率由76.9%提高到92.0%。而且有機(jī)膨潤土具有很強(qiáng)的疏水性，使吸附汞后的有機(jī)膨潤土易與水分離。在膨潤土精礦中，添加一定量的Al2(SO4)3和CTMAB(溴化十六烷基三甲基銨)，制得BCM吸附劑，用它來處理煤氣洗滌廢水(該廢水呈深褐色，含有揮發(fā)酚、油類、CN-，H2S，Ca2+，SO42-，SS等，透光率為0，色度大于5000倍，COD為13850mgl)，取得了良好的效果。
用天然膨潤土加入有機(jī)銨陽離子表面活性劑改性，如CTMAB和氯化十六烷基吡啶(CPC)，用量為膨潤土的0.5%～5%，制得有機(jī)膨潤土吸附污水中有機(jī)物(如芳香烴、酚類、油污和染料)，大大提高了吸附能力。還實(shí)驗(yàn)了CTMAB—膨潤土處理印染廢水的最佳條件，并與聚合Al2
(SO4)3聯(lián)用處理實(shí)際印染廢水，脫色率87.5%，COD去除率25%。這是因?yàn)榕驖櫷翆?duì)有機(jī)物的吸附主要是層間吸附，膨潤土改性后，陽離子表面活性劑進(jìn)入膨潤土晶層間，增大了層間距，使其吸附能力提高。更主要的是，在膨潤土表面，有機(jī)銨的非極性脂肪鏈端構(gòu)成微“有機(jī)相”，以“萃取”有機(jī)物分子，從而大大提高了膨潤土的吸附能力，另一方面又增大了膨潤土的疏水性，提高了分離率。用十二烷基硫酸鈉(SPS)與膨潤土混合恒溫振蕩2h，在80℃～90℃烘干，105℃活化30min制得的有機(jī)膨潤土，對(duì)苯酚的吸附率在95%以上，并且可以多次使用。
膨潤土和沸石的改性還有許多方法也見報(bào)道，這里不再贅述。所見資料表明，改性膨潤土和沸石對(duì)廢水處理效果比原土都有很大的改善，并且大大地?cái)U(kuò)展了其應(yīng)用范圍.
