我国蛭石资源丰富,分布广泛,主要分布在新疆、河北、内蒙、甘肃等省区,规模最大、最具代表性的是新疆尉犁县且干布拉克蛭石矿,其储量占全国的90%。
作为一种常见的吸附材料,蛭石具有质量轻、比表面积大、离子交换能力强、吸附容量大、生态友好、成本低等优点,广泛应用于环保等领域。
1、蛭石在水处理方面的应用
由于蛭石具有强大的吸附性能,因此可用来处理水中的氮磷、有机物、重金属离子等。
谭光群等研究发现蛭石对重金属离子的吸附能力从大到小顺序为Pb2+>Cu2+>Cd2+,影响蛭石吸附的主要因素是pH。在pH>4.0的弱酸性至碱性条件下吸附效果较好。
张莹等利用3%CTMBA改性的蛭石其吸附率接近活性炭,因此在治理含汞废水污染方面,蛭石可以作为活性炭的替代品。
万芒研究发现:改性蛭石除磷能力从大到小顺序为镧改性蛭石>酸改性蛭石>铁改性蛭石>原蛭石,将蛭石与沉水植物相结合,可进一步促进对富营养化水体中磷的吸收。
荧光染料废水组分复杂、所含的有机污染物浓度较高且种类较多,是难处理的工业废水之一。李江明等使用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对蛭石进行改性。结果表明,改性蛭石对
吡罗红和罗丹明B的吸附率分别为67.1%和82.8%,且具有良好的循环再生能力。
Deepa等研究了膨胀蛭石和疏水蛭石对水中油的去除作用。结果表明:在pH=9的条件下,2种蛭石均表现出较好的除油效果;膨胀蛭石由于具有多孔的特性,需要较长的时间才能达到吸附平衡,因此比疏水蛭石具有更好的除油效果。
饮用水中氟含量过高是造成地方性氟病的重要原因,因此治理氟污染也非常重要。李英等在微波膨胀的基础上,用盐酸改性蛭石去除水中的氟离子,发现其对氟离子的吸附量显著提高,吸附量是纯蛭石的2倍。
2、蛭石在土壤修复与改良方面的应用
蛭石含有K、Mg、Ca、Fe以及微量的Mn、Cu、Zn等元素,且具有阳离子交换能力,因此可以有效改善土壤的营养并提高养分、水分的储存能力。
查丁石进行无土栽培培育茄子时,选择蛭石作为土壤基质并浇施营养液。结果表明幼苗的茎粗、叶面积、全株干物重和壮苗指数等生长指标均等于或接近测量值的最大值,幼苗综合素质最高。因此在植物培养方面,蛭石是一种优良的育苗基质,将其与营养液配合施用,能培育出高质量的幼苗,有利于未来农业的发展。
Mery等通过盆栽实验研究了蛭石对受到Cu、Cr和Ni污染较严重的土壤的修复能力。结果表明,在土壤中添加蛭石可以明显减少莴苣和菠菜对金属污染物的吸收,其有效性随着蛭石与污染土壤接触时间的延长而增加。原因是蛭石的添加使土壤的pH升高和负电荷增加,不仅增强了对阳离子的吸附能力,而且生成含羟基金属阳离子的几率较高,蛭石对重金属的吸附总量较高。与含水金属阳离子相比,生成的含羟基金属阳离子对吸附位点具有更大的亲和力。
3、蛭石在固体废弃物处理方面的应用
堆肥被认为是处理食品废弃物理想和有效的方式,但其最主要的缺点是会造成大量的氮损失。He等研究了蛭石对食品废弃物堆肥过程的影响。结果表明,蛭石延长了堆肥的高温阶段,加快了有机质的流失和稳定,从而缩短了食物垃圾堆肥的时间,减轻了其对环境的危害。在堆肥中加入质量分数10%的蛭石,能有效减少氮流失,降低氨的排放量和电导率值,而且蛭石还能与铵离子结合,加强对食品废物堆肥中氮的保存。
准东煤田是世界上最大的煤田,但其碱土金属元素含量较高,因此,煤炭将导致严重的灰分沉积,腐蚀换热器表面。Yang等研究发现,在粉煤灰中添加质量分数5%的蛭石对灰分沉积的形成、生长过程及换热器腐蚀具有明显的抑制作用。原因如下:蛭石与粉煤灰反应会产生高熔点的矿物,从而减小了灰渣的粒径;蛭石经热处理后会膨胀和卷曲,抑制了灰渣颗粒的团聚;蛭石受热后吸附能力增强,可有效吸收烟气中的SO2,从而抑制了Na2SO4的形成,抑制了换热器中金属的腐蚀。周上坤等研究发现当蛭石添加量达4%(时,煤渣就会变得疏松,孔隙发达且质地也会变脆,极易通过吹灰去除。
4、蛭石在大气治理方面的应用
目前,利用石灰石等钙基材料作为CO2吸收剂,通过循环煅烧/碳酸化的方法来回收CO2,可以实现规模化、经济、高效地捕集分离CO2,但随着循环次数的增加,钙基吸收剂容易发生烧结,其碳酸化率也会迅速发生衰减。孟晶晶等使用蛭石作为添加剂对石灰石类钙基材料进行改性。结果表明,将具有天然层状结构和耐高温性质的蛭石包裹在石灰石表面,阻止了石灰石颗粒间的接触,有效避免了烧结现象,从而提高了碳酸化率和对CO2的捕集效率。
硅酸锂(Li4SiO4)是一种应用前景广阔的高温CO2吸附剂,但在相对较低的CO2浓度下其循环稳定性差,CO2吸收量低。为了提高Li4SiO4的稳定性,Zhang等以蛭石/MCM-41杂化物为原料,合成了层状(蛭石/MCM-41)-Li4SiO4复合材料,在不同CO2浓度下,制备的复合材料具有更好的CO2捕获性能以及受CO2浓度影响小、CO2捕获动力学速度快、循环稳定性好等优点,且经过20次吸附-解吸循环后,3层(蛭石-MCM-41)-Li4SiO4复合材料的CO2吸附量仅下降1.4%。
资料来源:《骆凤,张义,刘云利,等.黏土矿物蛭石在环保领域的研究与应用[J].化工新型材料,2020,48(12):39-42》,由【粉体技术网】编辑整理,转载请注明出处!
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