|
| |
| 硅藻土在水处理应用中的研究现状及发展趋势 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2014-11-06 10:25:40 浏览次数： |
|
| |
一．前言
随着经济的快速增长，各种工业活动的日益增多，使环境污染与经济增长呈现一种息息相关的矛盾关系，其中，水资源的污染对人类的威胁最大。水与人类生活关系密切，是人类生活和生产中不可缺少的一部分。全球淡水资源短缺且分布极不平衡，对水资源的节约利用以及污水的处理回收利用是我们保护水资源，解决水短缺问题的重要环节。因此，对已污染的水体进行处理回收再利用是至关重要的。已污染废水的处理方法主要分为物理、化学和生物手段，以及他们的联合运用。其中物理法包括吸附、膜分离等，日常生活废水和工业废水通常采用吸附的方法进行洁净回收利用。吸附法中所使用的吸附剂主要有活性炭、硅藻土、二氧化硅、沸石及离子交换树脂等，活性炭由于其吸附容量高而被普遍使用。但是它对低分子极性强的有机物和大分子有机物吸附效果不够理想，而且其高昂的价格及再生和处置难的问题也不容忽视。所以，为了评估和选择一种较好的吸附剂，不仅要看其吸附容量的大小，其他相关的应用参数也需要考虑进去，比如生产和再生成本、可得性、环境兼容性和再生时的能量消耗。因此需要寻找一种新的、更天然、便宜的材料来代替活性炭作为吸附剂。
硅藻土是一种优良的以生物为发源的沉积岩，它主要是由水生类植物-硅藻类骨骼中含水的二氧化硅(SiO2•nH2O)组成，并含有少量Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO和有机质等。硅藻壳体有许多贯通的微孔，是少有的高孔隙率天然纳米微孔材料。比表面积较大，可吸收自身质量约3倍的水，而且还具有容重小，吸附性强，耐磨耐酸等优良特性，正是由于这种独特的物理和化学性能，并且具有高效、低成本的优势，使其在废水处理行业成为一种具有前景的吸附剂。硅藻土具有吸附作用的原因是它的活性中心具有活跃的表面羟基：绝缘的自由硅烷醇基（-SiOH）；自由的硅羟基（-Si(OH)2）；表面具有含有氧原子的硅氧基。这些表面羟基是活跃的，易和很多极性有机复合物以及多种官能团发生反应。硅藻土价格便宜，处理废水不会引起二次污染，很好的符合了其作为吸附剂所具备的条件，是值得深入研究与推广应用的吸附剂。但是天然硅藻土在实际应用中性能往往不够理想，需要对其进行一定的改性处理，以提高使用性能。
二．国内研究现状
党玮等用氢氧化钠和改性剂（氯化铝）对硅藻土进行改性，研究了改性硅藻土对磷的吸附影响，实验结果表明，加入Al3+处理后的硅藻土作为除磷的吸附剂，具有较好的吸附效果。彭进平等用pH=0.1的盐酸和0.1 mol/L的FeCl3 溶液对硅藻土进行改性，研究对富营养化水体中磷的去除作用，结果表明，改性后，硅藻土微孔明显增多，孔径明显增大,孔分布均匀，微孔结构发生了明显变化，硅藻土的比表面积比原硅藻土增大了6倍，大大提高了其吸附能力。
薛东孚等对硅藻土进行酸浸后然后焙烧，研究加入粘接剂的硅藻土对长白山特产蓝靛果汁有效成份--黄酮类物质的吸附性能，结果表明此种方法改性后的硅藻土在一定的改性条件作用后对黄酮类物质的吸附性能显著提高。朱健等也对硅藻土进行了高温烧结的深度处理，研究其对Fe3+去除率，结果表明深度物理改性提高了硅藻土的吸附性能及可操作性。杨丹等用氢氧化钠对硅藻土进行改性，研究其对Cu2+的吸附性能，结果表明：改性后的硅藻土对Cu2+的吸附性能显著提高，对Cu2+的去除率可达80%。罗智文等用有机絮凝剂聚丙烯酰胺和硫酸亚铁制备改性硅藻土，研究其对氨氮废水处理的效果，结果表明，改性后的硅藻土氨氮去除率提高10%～20%。
杨文等采用聚丙烯酰胺（PAM），一种有机高分子絮凝剂改性处理硅藻原土并应用于处理含高浓度Pb2+模拟废水。结果表明，改性后硅藻土对酸性重金属离子废水的适应性增强，饱和吸附容量可达到66.15～68.95mg/g。为了表征硅藻土在改性前后的变化，将硅藻土原土和改性土进行了SEM 表面结构的表征可以看出，PAM改变了硅藻土内部孔隙结构，使其具有更高的吸附性能。
张烨等通过钡盐沉积改性制备改性硅藻土，并将其应用于吸附模拟废水中Pb2+，通过对比改性前后硅藻土的SEM图，可得BaSO4在硅藻土的表面及其孔隙内沉积，提高了硅藻土的吸附性能和沉降性能。谭凌智等采用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵为改性剂对硅藻土进行改性，研究其对水中4种HCH的去除性能的影响，结果表明改性后的硅藻土的吸附能力有效提高。詹树林等用6mol/L的NaOH溶液和2.5mol/L的MnCl2溶液改性硅藻土，研究其对染料废水的吸附性能，结果表明，其对阳离子和活性染料的吸附性能具有良好的效果。孙玉焕等采用阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)改性硅藻土去除水中染料的研究，结果表明在一定的适宜条件下，改性硅藻土去水中亚甲基蓝的脱色率为71%，对孔雀石绿的脱色率高达85%。
三．国外研究现状
Necla Caliskan等研究了锰氧化物在不同温度下对硅藻土样品进行改性，去除水中Zn(II)的研究，结果表明改性后的硅藻土的吸附效率明显高于天然硅藻土。此外，Mohammad A. Al-Ghouti等将锰氧化物浸渍在硅藻土表面，形成著名的δ-水钠锰矿，探究锰氧化物改性后的硅藻土对水溶液中基本的活性黑的去除，结果证明锰氧化物改性后的硅藻土作为吸附剂去除水溶液中的基本的活性染料具有很好的能力。M. Al-Ghouti等、Mohammad A. Al-Ghouti等、Majeda A.M. Khraisheh等、Y. AL-DEGS等也对锰氧化物改性硅藻土进行了一系列研究。
Maria Aivalioti研究了天然硅藻土、热改性、化学改性以及热作用和化学作用同时改性硅藻土对水溶液中苯系物、甲基叔丁基醚和甲基叔戊基醚的去除，结果表明，被测样品就吸附能力和平衡时间来看，盐酸改性最能有效提高其吸附性能。S.Sungworawongpana等对煅烧后的硅藻土作为吸附剂吸收铬的可能性进行了研究，结果表明在室温下，控制PH和接触时间以及改性硅藻土投加量，煅烧后的硅藻土对铬具有较好的吸附性能。T. N. DE CASTRO DANTAS等用微乳液对天然硅藻土进行浸没，结果表明，改性之后的硅藻土有从多阳离子的水溶液中去除三价铬的能力。Wenhui Xiong等研究了水铁矿改性的硅藻土对磷的吸附情况，结果表明，表面积和表面电荷的提高了改性硅藻土对磷的吸附能力。
四．硅藻土在水处理应用中存在的问题及发展趋势
4.1 存在问题
(1) 目前硅藻土作为吸附剂用来处理废水的应用研究还不是很多且仅限于少数的几类废水的处理应用中。
(2)对硅藻土及改性硅藻土对废水的吸附作用机理、规律以及影响因素方面的研究不够充分，限制了硅藻土在水处理应用中推广。
4.2 发展趋势
(1)硅藻土作为一种新型的水处理剂，其独特的结构赋予了它许多优良的特征，另外其低廉的价格，使得硅藻土将会有广阔的发展前景。通过对硅藻土的提纯和改性研究可以，提高硅藻土处理废水的效果，同时降低成本。
(2) 利用具有特殊吸附性能的物质改性硅藻土，将其吸附性能与硅藻土的吸附性结合起来，使两者发挥“协同作用”，研制出新的硅藻土吸附剂。
本文作者：河南理工大学 材料科学与工程学院陈俊涛、杨露、张乾龙，文章收录在《第十五届全国非金属矿加工利用技术交流会会议论文集》内。
►欢迎进入【粉体论坛】
|
|
|
| |
|
| |
|
|
|
|
|
|
