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探讨利用改性膨润土处理废水中染料的处理方法

2015-05-25 00:40
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  膨润土又称膨润岩或斑脱岩,是以蒙脱石为主要成分的细粒硅酸盐黏土矿物,膨润土的性质主要取决于蒙脱石的性质。蒙脱石是一种层状结构、片状结晶的硅酸盐黏土矿,其构成分子式为(Na,Ca)0.33(Al,Mg)2Si4O10(OH)2·nH2O,它由两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2∶1 型晶体构成。蒙脱石八面体中的Al3+可被Mg2+、Na+等置换,四面体中的Si4+可被Al3+等置换,这就使得蒙脱石能形成永久性负电荷,从而具有较强的离子交换性能,可吸附其他离子以保持电荷平衡。另外,膨润土较大的比表面积和良好的膨胀性也使其具有较强的吸附能力。但是天然膨润土表面通常存在一层薄的水膜,限制了膨润土对疏水性有机物的有效吸附,因此,采用不同的改性方法对膨润土进行处理,并利用改性膨润土处理染料废水具有重要的研究意义。

  1 天然膨润土的改性

  膨润土的改性方法主要包括活化法和添加改性剂法。其中活化法主要有酸活化法、高温焙烧法、微波活化法、盐活化法、氢化法、钠化法、氧化法、还原法等,添加改性剂法主要有无机改性法、有机改性法和无机/有机复合改性法等。

  1.1 活化法

  活化法指利用某种改性剂对膨润土进行活化,以提高膨润土的吸附性能。常用的活化法中,酸活化法、焙烧法和盐活化法以其操作简便的优点被广泛使用。

  1.1.1 酸活化法

  酸活化法是利用硫酸、盐酸、硝酸、草酸等对膨润土进行活化。膨润土经酸活化后,层间的Na+、Mg2+等转化为可溶性盐类溶出,同时,膨润土结构通道中的杂质也被溶解,从而增大了膨润土层间距、孔道容积,进而增强了其吸附性能。B. Benguella 等〔1〕用硫酸对天然膨润土进行活化,并利用改性后的膨润土吸附两种酸性染料,数据显示,经酸活化后,膨润土比表面积由23 m2/g 增大到56 m2/g。

  1.1.2 高温焙烧法

  高温焙烧法主要是将膨润土在一定的温度下焙烧一段时间,使其失去表面水、吸附水和结合水,从而减少膨润土水膜对污染物的吸附阻力,进而提高膨润土的吸附性能。赵大传等〔2〕将膨润土在马弗炉内以30 ℃/min 的速率升至一定温度后焙烧2 h,并利用焙烧膨润土处理活性翠蓝KN-G 染料模拟废水,实验发现当焙烧温度为450 ℃时,膨润土的表面水及空隙中的一些杂质已基本除去,此时膨润土的吸附性能达到最佳。

  1.1.3 盐活化法

  盐活化法是将膨润土置于钠、镁、铝、铜、铁、锌等卤化物、硝酸盐溶液中,通过搅拌、过滤、洗涤、烘干等处理,制得盐改性膨润土。这些金属离子与膨润土层间硅氧四面体的负电荷结合而使得膨润土层间阳离子具有可交换性。E. Eren 等〔3〕用Ni2+、Co2+、Zn2+对膨润土进行改性,结果表明,金属阳离子进入到膨润土层间,使得层间孔隙直径增大,离子可交换性增强;另外,在层间溶剂的作用下,膨润土片状晶体剥离、分散成更薄的单晶片,增大了膨润土比表面积。何冰月等〔4〕采用硫酸铝和硝酸银对膨润土进行改性,制得Al-Ag 盐改性膨润土,并利用这种改性膨润土分别处理4 种染料废水。结果表明,Al-Ag盐改性膨润土颗粒具有大量结构复杂的微孔,其内外表面上含有许多催化性很强且能使染料分子转变为较小分子的铝离子和银原子,这种改性膨润土不仅能吸附染料分子,还可催化降解染料分子。

  1.2 添加改性剂法

  通过添加改性剂来对膨润土改性的方法,按改性剂的性质可分为无机改性法、有机改性法及无机/有机复合改性法。其中有机改性法是目前的研究热点,其改性后产品对印染废水的吸附效果也较好。

  1.2.1 无机改性法

  无机改性法是指利用无机金属阳离子聚合物进入膨润土层间而制得改性膨润土的方法。无机改性膨润土也叫无机交联膨润土或无机柱撑膨润土。天然膨润土经无机改性后,层间距增大,比表面积也增大,其吸附性能得到极大的提高。Qinyan Yue等〔5〕用聚环氧氯丙烷二甲铵阳离子聚合物对膨润土改性,制得阳离子聚合物改性膨润土,并利用其吸附分散型染料及活性染料,结果表明:阳离子聚合物进入到膨润土层间并将其层间距扩大; 相比于天然膨润土,改性膨润土疏水性更强;膨润土经聚合物改性后,其表面带正电,有利于其吸附废水中阴离子型有机污染物。

  1.2.2 有机改性法

  有机改性法指采用不同的有机季铵盐对膨润土进行改性的方法。有机季铵盐通过离子交换作用与膨润土钠或钙离子反应,从而将有机成分引入膨润土,使得膨润土从亲水疏油性变成亲油疏水性。李振兴等〔6〕使用十六烷基三甲基溴化铵对膨润土进行改性,制得有机改性膨润土,并利用其吸附直接黑染料,分析结果表明,膨润土经有机改性后,疏水性增强,改性剂进入膨润土层间,膨润土层间距增大。

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