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环境矿物材料改性及其在水污染治理中的应用现状和发展趋势

作者:admin发布时间:2019-09-29 06:36

  环境矿物材料具有投资少、效果好、绿色环▲=○▼保等诸多优点,近年来在水体污染治理中的应用受到了人们的广泛关注。

  同时,针对环境矿物材料的各种改性方法也不断被研究出来,使得环境矿物材料经改性后在功能和吸附效果上有了很大的提高,不仅有效改善了环境矿物材料在水体污染治◇…=▲理中的效果,而且拓展了可以治理的污染物的种类,极大地促进了环境矿物材料走向实际应用的进程。

  水热改性主要是将环境矿物材料和水混合后在高压反应釜内进行反应,反应产物经分离、干燥后即得到水热改性的环境矿物材料。经过水热改性可以有效提高环境矿物材料的比表面积以及活性等,增强了环境矿物材料对污染物的吸附。

  焙烧改性通过加热的方法来实现环境矿物材料化学组成、物理性质等的改变。经加热处理后,可以在环境矿物材料失水的同时清除一部分位于矿物孔道和空隙中的杂质,从而达到增加比表面积和活性的目的,提高了环境矿物材料的吸附性能。当然,在更高温度下,环境矿物材料则形成新的矿物种类,其物理化学性质也会发生较大变化。

  当用酸性物质作为改性剂时,环境矿物材料中的某些物质可以与酸发生反应被去除,使得环境矿物材料的比表面积、活性等有一定的提高。其次,半径小的H+可以置换矿物材料中原有的半径大的阳离子,如Ca2+和Mg2+等,使孔道的有效空间拓宽,内部孔道得到◆◁•疏通,也有利于污染物的扩散,提高对污染物的吸附效果。

  金属盐改性一般包括离子交换改性和金属盐包覆改性。离子交换改性针对的是具有较大阳离子交换容量的环境矿物材料,主要通过金属离子和环境矿物材料晶格中的金属离子(如Ca2+、Mg2+◁☆●•○△)交换,达到改变矿物材料的结构、增加反应活性的目的。

  当然,离子间的交换与离子种类和离子在溶液中的浓度、水化半径以及电荷密度等诸多因素有很大的相关性。金属盐包覆主要是以环境矿物材料为载体,利用金属盐(如金属氧化物)在矿物材料包覆,充分发挥金属盐吸附去除氟化物、砷等污染物的优点。

  有机改性针对需要去除的污染物种类所选择的有机改性剂也有所不同。如果污染物为疏▲●…△水性的有机污染物,则需要选择碳链较长的有机改性剂,比如●表★▽…◇面活性剂,降低环境矿物材料的亲水性以提高对污染物的吸附效果。

  当然,疏水性有机污染物在有机改性环境矿物材料表面的吸附不仅和有机改性剂的碳链长度有关,还与有机改性剂的覆盖率以及碳链的有序性等存在很大关系。如果污染物为重金属离子,则需要选择含有负电基团、孤对电子或者螯合作用的有机改性剂,依靠配位络合、螯合等作用将重金属离子从水体中吸附去除。

  目前,利用环境矿物材料进行水体中重金属离子的吸附去除一直是研究的热点,包括膨润土、海泡石、硅藻土、凹凸棒石、沸石、蛭石、高岭石、伊利石、磷灰石、石英砂、氧化□◁铁矿物、含锰矿物、硫化物、矿渣、粉煤灰等。

  除了利用环境矿物材料原矿进行去除重金属离子的研究,近年来利用有机改性环境矿物材料的研究也多有报道。如Mary Addy等将螯合剂成功地嫁接在蒙脱石表面,这种改性方法对重金属离子具有很好的吸附效果,可以作为一种针对重金属污染吸附去除的有效手段。

  近年来,利用环境矿物材料进行有机污染物的去除国内外在这方面开展了大量研究,如利用阳离子表面活性▪•★剂与层状粘土矿物经过离子交换,将有机阳离子引入层间,再通过表面活性剂脂肪链的萃取作用吸附有机污染物。

  正是各种有机改性方法的应用,使得环境矿物材料针对水体中各种有机污染物的吸附去除效果得到了进一步改善。目前,通过有机改性的环境矿物材料△▪▲□△对于部分有机污染物的吸附效果已经可以现实超过目前普遍使用的活性炭吸附剂,但在广谱适用性上取代活性炭的地位仍需要一定的时间。

  环境矿物材料的应用,为去除无机阴离子提供了一条有利的途径。在众多的环境矿物材料中,铁矿一直是研究较多的针对水体中无机阴离子去除的一种矿物,针铁矿、赤铁矿、磁铁矿等各种类型的铁矿对无机阴离子的去除均有研★◇▽▼•究。

  此外,其他的环境矿物材料去除水体中的无机阴离子也得到了研究。刘桂荣等进行了利用柱撑蒙脱石吸附水中硫酸根离子的研究,发现柱撑蒙脱石对硫酸根离子具有很强的吸附能力,而且在pH为▪▲□◁4~5时,硫酸根离子去除效果最好。

  近年来也有研究员利用环境矿物材料对◆▼水体中存在的其他污染物进行了吸附去除研究。E.Gonzalez-Pradas等研究了利用酸和焙烧改性的海泡石去除水体中的杀虫敏,发现在不同酸度和焙烧温度下改性的海泡石对杀虫敏的吸附去除能力差别很大,改性海泡石可以作为吸附去除水体中的杀虫敏的有效手段。

  环境矿物材料作为吸附剂在水体污染治理中经过多年的研究,对去除污染•●物的动力学、热力学等相关参数做了大量研究,但是目前在应用上还存在很多不足,需要在未来的发展中逐步解决,同时针对这些问题的解决也将是未来的发展趋势。

  每种矿物材料由于化学组成、晶体结构的不同,致使其性质存在很大的差异,所以应用在水体污染治理中可以针对不同的污染物去除。因此,寻求针对特定污染物具备较好的去除效果的环境矿物材料,不仅有利于提高去除效果,而且有利于节约治理成本。因此,未来有必要加强不同环境矿物材料在环境污染治理中的开发。

  目前针对环境矿物材料的很多改性方法,改善了天然环境矿物材料相对于人造吸附材料吸附能力不足的问题,有力地提高了环境矿物材料对污染物的吸附能力。但是就目前的吸附去除效果相对于其他治理手段而言并不具备优势,还有★-●=•▽待进一步提高。

  其次,吸附污染物的广谱性一直是环境矿物材料在应用中被人们关注的焦点。一旦广谱性不够,势必会影响其实际应用前景,因此有必要加强改性方法的研究,提高吸附的广谱性。

  避免二次污染也一直是水体污染在处理时需要考虑的一个关键问题,目前很多矿物材料改性所使用的改性剂存在于环境中本身就是污染物,所以一旦改性剂从矿物材料表面脱附就很容易造成二次污染,因此也需要在改性时选择稳定性更高而且环境友好的改性剂,这也对改性方法的研究提出了更高的要求。

  近年来,利用矿物材料的特殊性质来增强其他水体污染治理方法的效率是一个研究热点,目前已有不少研究证实了这一途径的可行性。如在制膜的过程中加入纳米电气石颗粒可以有效提高膜的亲水性和抗菌性;在二氧化钛光催化降解水体中有机污染物材料中,加入纳米电气石颗粒可以显著提高二氧化钛光催化降解效率。在未来环境矿物材料在水处理中的研究应用,有理△▪▲□△由相信,拓展矿物材料与其他水处理技术联用也将是一个重要发展方向。

  我国环境矿物材料的储藏量大、价格低廉,利用其在水体污染治理中的制备工艺也相对比较简单,因此,应加强中国环境矿物材料在水体污染◇=△▲治理方面的研究,尽快实现由实验研究向实际应用的转变,不仅有利于积累水体污染的治理技术,发挥矿物材料的特殊优势,而且存在很大的环境效益和社会效益,具有十▼▼▽●▽●分重大的意义。

  来源:聂果,王永杰.环境矿物材料在水体污染治理进展中的研究[J].环境科学与管理,2014,39(12):126-129.返回搜狐,查看更多

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