毕业设计（论文）膨润土吸附处理重金属的研究进展.doc

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1、 2012届本科毕业论文（设计）膨润土吸附处理重金属的研究进展姓 名： 系 别： 化学化工学院 专 业： 化学工程与工艺学 号： 指导教师： 2012年5月18 日目录摘要IIAbstractII1.绪论12.膨润土的结构及理化特性12.1性质及分类32.2重金属离子常见的处理方法原理、优缺点及应用43.膨润土的基本性能及对重金属离子的吸附机理与规律53.1 膨润土吸附重金属离子的影响因素63.1.1 温度对膨润土吸附重金属离子的影响63.1.2 溶液浓度及液固比对膨润土吸附重金属离子的影响63.1.3 pH对吸附作用的影响63.1.4吸附时间的影响73.1.5 粒度及吸附剂用量的影响73.1

2、.6 膨润土对不同金属离子的吸附83.2 膨润土用于吸附重金属离子的改性方法83.2.1有机-无机复合改性膨润土及盐改性法83.2.2酸改性法及复合吸附剂改性膨润土93.3 存在的问题及研究方向93.3.1国内与国外膨润土的发展现状103.3.2结论114.展望12参考文献13致谢14膨润土吸附处理重金属的研究进展摘要 蒙脱石的特殊结构决定了其具有一定的阳离子交换能力, 这正是膨润土可以用于吸附重金属离子的前提。文章探讨了温度、pH、吸附时间、溶液初始浓度、粒度等因素对膨润土吸附重金属离子的影响。指出了几种可用于吸附重金属离子的膨润土改性方法。关键词膨润土；吸附；重金属AbstractProp

3、erty of cation exchange of bentonite depends on its special structure. It is the base that bentonite can be used to adsorb heavy mental ions. The paper discusses effect elements adsorbing heavy mental ions that include temperature, pH, time, and consistency of solution and size of bentonite. The goo

4、d modified methods of betonies have been listed.Key wordsbentonite ；adsorption； Heavy metal； 1.绪论 膨润土是一种以蒙脱石为主要矿物成分的粘土分布广储量大是我国的优势矿种由于膨润土具有多种优异的物化性能而广泛应用于石油、化工、造纸、食品、钻探、农业、铸造、制药、陶瓷等行业, 有万能矿物之称, 也成为非金属矿中人们广泛研究的热门矿种。膨润土在水处理中的应用可追溯到20 世纪30 年代。1934 年Smith1发现蒙脱石能从水中吸收有机阳离子。60 年代膨润土逐渐用来吸附处理水中的有机物2。80年代以来，

5、膨润土在环保中的应用取得了较大进展, 主要用于废水净化处理、油污处理、废塑料处理、城市垃圾处理、放射性废物和危险性废物处置。其中用于废水处理的研究报道最多, 如用于处理味精废水，印染废水、煤气洗涤废水、造纸废水、含有机物废水等。将膨润土用于处理含重金属离子废水的研究成果发表。本文就膨润土吸附重金属离子的机理、影响因素和目前研究存在问题作一些探讨。膨润土是以蒙脱石为主的含水粘土矿。蒙脱石的化学成分，由于它具有特殊的性质，如膨润性、粘结性、吸附性、催化性、触变性、悬浮性以及阳离子交换性。所以广泛用于各个工业领域。膨润土是一种黏土岩、亦称蒙脱石黏土岩、常含少量伊利石、高岭石、埃洛石、绿泥石、沸石、石

6、英、长石、方解石等；一般为白色、淡黄色因含铁量变化又呈浅灰、浅绿、粉红、褐红、砖红、灰黑色等；具蜡状、土状或油脂光泽膨润土有的松散如土，也有的致密坚硬。主要化学成分是二氧化硅、三氧化二铝和水，还含有铁、镁、钙、钠、钾等元素，过氧化钠和氧化钙含量对膨润土的物理化学性质和工艺技术性能影响颇大。蒙脱石矿物属单斜晶系，通常呈土状块体白色有时带浅红、浅绿、淡黄等色。光泽暗淡。硬度12密度。按蒙脱石可交换阳离子的种类、含量和层电荷大小，膨润土可分为钠基膨润土(碱性土)、钙基膨润土(碱土性土)、天然漂白土(酸性土或酸性白土)，其中钙基膨润土又包括钙钠基和钙镁基等。膨润土具有强的吸湿性和膨胀性可吸附815倍于

7、自身体积的水量体积膨胀可达数倍至30倍在水介质中能分散成胶凝状和悬浮状，这种介质溶液具有一定的黏滞性、能变性和润滑性;有较强的阳离子交换能力对各种气体、液体、有机物质有一定的吸附能力，最大吸附量可达5倍于自身的重量它与水、泥或细沙的掺和物具有可塑性和黏结性；具有表面活性的酸性漂白土能吸附有色离子。2.膨润土的结构及理化特性图1膨润土膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产，蒙脱石结构是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体 膨润土组成的2:1型晶体结构，由于蒙脱石晶胞形成的层状结构存在某些阳离子，如Cu、Mg、Na、K等，且这些阳离子与蒙脱石晶胞的作用很不牢固，易被其它阳离子交换，故具有较好的离子

8、交换性。国外已在工农业生产24领域100多个部门中应用有300多个产品，因而人们称之为“万能土”。 膨润土也叫斑脱岩皂土或膨土岩。我国开发使用膨润土的历史悠久，原来只是做为一种洗涤剂。(四川仁寿地区数百年前就有露天矿，当地人称膨润土为土粉)。真正被广泛使用却只有百来年历史。美国最早发现是在怀俄明州的古地层中，呈黄绿色的粘土加水后能膨胀成糊状后来人们就把凡是有这种性质的粘土统称为膨润土。其实膨润土的主要矿物成分是蒙脱石，含量在85-90%，膨润土的一些性质也都是由蒙脱石所决定的。蒙脱石可呈各种颜色如黄绿、黄白、灰、白色等等。可以成致密块状，也可为松散的土状，用手指搓磨时有滑感，小块体加水后体积胀

9、大数倍至20-30倍在水中呈悬浮状水少时呈糊状。蒙脱石的性质和它的化学成分和内部结构有关。（1）吸水膨胀性：膨润土能吸附比自身体积815倍的水量吸水后能膨胀，膨胀倍数是自身原体积的三十余倍膨润土的吸附作用是有限的，它所吸收的水分子层(水膜)达到一定厚度且分布均匀时吸水量已达到饱和出现平衡如若此平衡遭到破坏吸水膨胀又得以恢复。（2）分散悬浮性： 膨润土以胶体分散状态存在于溶液中，由于膨润土内部结构的晶包都带有相同的负电荷，彼此相互排斥 因此在稀溶液里分散均匀且难于形成较大的颗粒是一种良好的助悬浮剂。表1 国内外膨润土的主要化学成分对比 %膨润土成分美国怀俄明州 托克逊洲中国临安 黑山62.21

10、65.5569.79 71.3919.98 14.4014.62 14.413.86 2.571.28 1.712.61 2.181.98 1.521.00 1.471.60 1.201.99 3.072.12 1.980.38 2.291.98 0.440.13 0.260.07 _（3）触变性：所谓的触变性是指胶体溶液在搅拌时剪切力下降，而静置后切应力升高的特性膨润土内部结构中的羟基在静置的介质中产生的氢键使之成为有一定粘度的均匀的胶体 当在外界剪切力存在进行搅拌时，氢键遭到了破坏使其粘度降低，因此膨润土溶液在搅动时悬浮液表现为流动性很好的溶胶液；停止外加搅动就会自动的排列成具有立体网状结

11、构的凝胶，并不发生沉降分层和有水离析;再施加外力搅动时，凝胶会被迅速打破，恢复流动性这种特殊的性质使膨润土可以作为混凝剂。（4）粘结性和可塑性：膨润土具有粘结性主要原由是：膨润土颗粒细小且不规则亲水晶体表面电荷多样化羟基与水形成氢键，由多种聚附形成溶胶，使膨润土与水混合具有较大的粘结性膨润土的可塑性水的百分含量在很大程度上高于高岭石和伊利石，而其形变所需的力则较其他的粘土要小很多，因此膨润土具有较好的可塑性。（5）吸附性： 膨润土具有吸附阳离子的特性，吸附原理可解释为：膨润土是以蒙脱石为主要成分的一种粘性矿物质土，并且蒙脱石是一种二维的2:1的层状硅铝酸盐物质，它是由两层四面体层夹一层八面体层

12、组成的基本结构单元层 因为四面体有部分被四面体代替，导致结构单元层内静电不平衡，因此在层间引入低电价大半径的阳离、等通过远程静电平衡来平衡结构单元层内多余的负电价这些低电价， 大半径的离子和结构单元层之间的作用力较弱而使层间阳离子有可交换性由于层间阳离子强烈的水合作用又使层间吸附了大量的水分子蒙脱石矿物在水溶液中发生电离，结构单元层带负电荷 而结构单元边缘因硅氧键，铝氧键断裂带正电荷 蒙脱石矿物晶粒细小，具有较大的比表面积，因层间作用力较弱，在溶剂的作用下，层间可发生膨胀、 剥离， 分离成更薄的单晶片，这使蒙脱石有更大的内比表面积所以，蒙脱石带电性和巨大的比表面积使其具有很强的吸附阳离子的特性

13、。（6）离子交换性：蒙脱石中硅氧四面体或铝氧八面体中的离子或离子被其他价离子取代的晶格置换导致单位晶层中的电荷不平衡，出现过剩的负电荷，也就是蒙脱石晶胞成为大负离子，每个晶胞所带的静电荷大约是-0.66 蒙脱石晶胞所带负电荷一部分由八面体晶片中置换来补偿，另一部分静电吸附一些低价的阳离子来维持电荷的平衡被吸附的阳离子具有交换性膨润土最常见的类型有钙基型和钠基型，且这两种类型膨润土可交换的阳离子分别是和钠基膨润土较钙基膨润土有更好的阳离子交换能力的电荷密度较小，它与蒙脱石晶格的结合能较小水化能低的离解能力强交换性好，易被置换钠基膨润土交换吸附性能好且稳定性高，不受水的影响作为交换阳离子钠基蒙脱石

14、阳离子交换如下：2.1性质及分类蒙脱石的性质和层间的交换性阳离子种类有很大关系。根据层间主要交换性阳离子的种类通常蒙脱石分为钙蒙脱石和钠蒙脱石。蒙脱石有吸附性和阳离子交换性能可用于除去食油的毒素、汽油和煤油的净化、废水处理；由于有很好的吸水膨胀性能以及分散和悬浮及造浆性，因此用于钻井泥浆、阻燃（悬浮灭火）；还可在造纸工业中做填料，可优化涂料的性能如附着力、遮盖力、耐水性、耐洗刷性等；由于有很好的粘结力，可代替淀粉用于纺织工业中的纱线上浆既节粮，又不起毛，桨后还不发出异味，真是一举双得。蒙脱石可呈各种颜色如黄绿、黄白、灰、白色等等。可以成致密块状，也可为松散的土状，用手指搓磨时有滑感，小块体加水

15、后体积胀大，在水中呈悬浮状，水少时呈糊状。膨润土的分类：膨润土的层间阳离子种类决定膨润土的类型，层间阳离子为时称钠基膨润土；层间阳离子为时称钙基膨润土；层间阳离子为时称氢基膨润土(活性蛋白)；层间阳离子为有机阳离子时称有机膨润土。 （1）氢基膨润土（活性白土）活性白土是用粘土（主要是膨润土）为原料，经无机酸化处理，再经水漂洗、干燥制成的吸附剂，外观为乳白色粉末无臭、无味、无毒、吸附性能很强能吸附有色物质、有机物质。在空气中易吸潮放置过久会降低吸附性能。但是加热至300摄氏度以上便开始失去结晶水使结构发生变化，影响褪色效果。活性白土不溶于水、有机溶剂和各种油类中几乎完全溶于热烧碱和盐酸中，相对密

16、度，在水及油中膨润极小。 （2）有机膨润土有机膨润土是一种无机矿物/有机铵复合物，以膨润土为原料利用膨润土中蒙脱石的层片状结构及其能在水或有机溶剂中溶胀分散成胶体级粘粒特性，通过离子交换技术插入有机覆盖剂而制成的。有机膨润土在各类有机溶剂、油类、液体树脂中能形成凝胶，具有良好的增稠性、触变性、悬浮稳定性、高温稳定性、润滑性、成膜性，耐水性及化学稳定性，在涂料工业中有重要的应用价值。在油漆油墨、航空、冶金、化纤、石油等工业中也有广泛的应用。 （3）膨润土矿膨润土矿是一种多种用途的矿产，其质量和应用领域主要取决于其中蒙脱石含量和属性类型及其晶体化学特性。因而其开发利用必须因矿而异因作用而异。如生产

17、活性白土，钙基转钠基，供石油钻探用的钻井注浆，代替淀粉用于纺纱、印染的浆料，建材上用内外墙涂料，制备有机膨润土用膨润土合成沸石、生产白炭黑等等。 2.2重金属离子常见的处理方法原理、优缺点及应用蒙脱石有吸附性和阳离子交换性能，可用于除去石油的毒素、汽油和煤油的净化、废水处理；由于有很好的吸水膨胀性能以及分散和悬浮及造浆性，因此用于钻井泥浆、阻燃（悬浮灭火）；还可在造纸工业中做填料，可优化涂料的性能如附着力、遮盖力、耐水性、耐洗刷性等；由于有很好的粘结力可代替淀粉用于纺织工业中的纱线上浆既节粮，又不起毛浆后还不发出异味，总的说钠质蒙脱石（或钠膨润土）的性质比钙质的好。但世界上钙质土的分布远广于钠

18、质土，因此除了加强寻找钠质土外就是要对钙质土进行改性，使它成为钠质土膨润土（蒙脱石）由于有良好的物理化学性能可做粘结剂、悬浮剂、触变剂、稳定剂、净化脱色剂、充填料、饲料、催化剂等广泛用于农业、轻工业及化妆品、药品等领域所以蒙脱石是一种用途广泛的天然矿物材料。金属矿山冶炼电镀等工业排放出的废水中含有大量的重金属离子，这些废水排放水体中会对水体造成严重的污染重金属离子常见的处理方法有让溶解态的重金属离子转变成不溶性化合物(凝聚共沉法电解沉积法等)和在不改变重金属化学形态的条件下进行缩合分离(离子交换法吸附法反渗透法等)这两种方法这两种方法对重金属离子有一定的去除率，但是都存在着造价成本较高容易造成

19、二次污染等缺点近年来，国内外利一些学者对利用膨润土的吸附性对重金属离子废水的处理做了深入的研究，研究结果表明，利用膨润土处理重金属离子造价低廉处理效果较好运行工艺操作简便易行且稳定性较好具有理想的应用前景和良好的社会经济效益膨润土的吸附重金属阳离子的机理是因为蒙脱石的带电性和巨大的比表面积使其具有很强的吸附性，由此可见膨润土可以作为吸附剂来处理废水中的有机污染物和重金属离子工艺流程图见图1工艺流程图13.膨润土的基本性能及对重金属离子的吸附机理与规律膨润土的特性取决于蒙脱石特有的结构，蒙脱石晶格内的异价类质同象置换是其最基本、最重要的构造特性。蒙脱石是一种含水的层状硅酸盐矿物，由两层硅氧四面体

20、片夹一层铝氧八面体片组成。硅氧四面体片中有一定量的被取代，铝氧八面体片中也可有1/61/3 的被、等取代。这种不等价的类质同相替换使得晶层产生永久性负电荷。晶层负电性主要通过静电引力吸附的 、等层间阳离子来平衡,这些层间阳离子具有可交换性。另外，蒙脱石晶体边缘破键，在pH 7 时端面带负电荷，也可吸附少量阳离子。正是由于蒙脱石矿物的这些特性, 使膨润土可用于处理含重金属离子的废水。根据蒙脱石层间交换阳离子的种类和含量, 将天然产出的膨润土分为钠基膨润土、钙基膨润土、镁基膨润土和铝氢基膨润土四种类型。天然蒙脱石在pH=7的水介质中的阳离子交换容量(CEC)为0.71.4mmol/g。蒙脱石与水中

21、重金属离子的交换反应原理可简单表示为： (1) 式中M为蒙脱石，为蒙脱石层间阳离子，为水体或环境中的阳离子，离子交换是同电性离子之间的等电量的交换作用属化学计量反应符合质量守恒定律交换和吸附是可逆的。反应的平衡常数可表示为2不难看出离子交换反应进行程度与蒙脱石中可交换阳离子的数量和水溶液中重金属离子的浓度密切相关。一般来说，加大代换阳离子浓度即可提高交换量。阳离子电价和水化能越高代换性能越大被代换性也就越差。几种常见阳离子在浓度相同条件下交换能力顺序为：3阳离子在蒙脱石交换位置上的饱和度影响其可交换性，在饱和度越低的状态下越难被取代而则相反。膨润土吸附机理包括离子交换吸附、表面络合作用和层间配

22、合作用，吸附等温式一般符合朗格缪尔或弗伦德里希方程。膨润土吸附和的机理主要为离子交换和表面络吸附，且吸附模式符合朗格缪尔吸附等温式。膨润土对铬化物的吸附机理主要为蒙脱石的交换吸附特性，的吸附符合朗格缪尔等温式，而的吸附符合弗伦德里希等温式。也有人认为膨润土吸附 、和的吸附等温式符合朗格缪尔吸附模式，而吸附的吸附等温式则符合弗伦德里希模式。而用经醋酸和醋酸钠混合改性的膨润土吸附和当pH较低时金属离子的去除主要是靠离子交换而当pH5时，表面络合吸附则起主导作用。还有的认为钠、铝改性膨润土吸附铬的机理为表面络合吸附和层间离子交换吸附 且后者占主导地位。3.1 膨润土吸附重金属离子的影响因素3.1.1

23、 温度对膨润土吸附重金属离子的影响在100以下升高温度有利于提高对重金属离子的吸附效率。丁述理、王玉洁等的实验研究表明4 5当温度从20升高到60吸附率可以提高15% 25%。温度的升高使溶液中的离子运动速度加快促进了离子的交换反应。吸附温度对吸附效果有一定影响。用硫酸活化膨润土吸附当温度70降到20 时，去除率从93.40%减小到48.40%。用焙烧活化膨润土吸附处理、和随着温度的升高金属离子的去除率反而降低。用改性膨润土处理含废水，当温度为2030时,吸附效果相当好；处理含废水，去除率随吸附温度的升高而升高，100时接近100%。3.1.2 溶液浓度及液固比对膨润土吸附重金属离子的影响在其

24、它条件不变的情况下，溶液中重金属离子浓度增加，有利于方程(1)向右进行即有利于膨润土对重金属离子的吸附，研究表明随着溶液重金属离子初始浓度的增加，膨润土的吸附总量明显增加但单位质量膨润土的吸附量却减小，说明膨润土对重金属离子的吸附增加量明显小于溶液中重金属离子的增加量。也就是说单纯靠膨润土的吸附作用很难达到完全去除溶液中重金属离子的目的。应同时考虑沉淀、絮凝等的联合使用。该法是影响膨润土吸附的另一个因素。用膨润土吸附溶液中的，其吸附容量随初始浓度的增加而增加，但在较高浓度时，吸附容量的增加越来越慢；用活化膨润土吸附时得到与之相似的结论；用微波焙烧活化膨润土处理含废水时，去除率随着废水初始浓度的

25、增加而下降；而用膨润土吸附初始浓度的增加使其吸附去除率变小。表2溶液初始浓度吸附作用的影响金属离子初始浓度（mg/L）90 295 950 40 200 58560 300 1200吸附量（mg/g）8.2 25.4 62.43.4 13.4 335.8 16.1 21.3吸附率（%）93 89 66 85 67 55 89 49 163.1.3 pH对吸附作用的影响pH值是影响吸附作用的主要因素，吸附量均随pH值的增大而增加，pH值的影响明显分为两个阶段：pH5。在pH5的弱酸性至弱碱性溶液中对重金属离子的吸附量增加，这可能是因为随着pH值的增加水溶液中离子浓度降低产生了另外的一种吸附所致根

26、据大量实验4-9，资料酸性条件不利于膨润土对重金属离子的吸附作用，中性和碱性条件有利于吸附。在pH较低的酸性条件下，溶液中存在较多的部分将占据蒙脱石吸附位与金属离子产生竞争吸附另一方面pH7 时端面带负电荷，因此碱性条件有利于通过端面电荷吸附少量金属阳离子。碱性环境下重金属离子还容易与溶液中多余的离子形成难溶氢氧化物沉淀。pH是最重要的影响因素。当pH较低时大量的会占据金属离子的吸附位置，膨润土对重金属离子的吸附能力较低。但pH过高时金属离子又易生成氢氧化物的沉淀也不利于吸附的进行。用膨润土吸附的去除率随着溶液pH增高而增大；吸附时得到相似的结论。用硫酸活化膨润土吸附最佳pH值为2 .5。用膨

27、润土吸附、和种金属的最佳吸附pH分别为3.5、6 .5 和2. 0。3.1.4吸附时间的影响膨润土对重金属离子的吸附速度在前15分钟进行的很快，随后吸附速度减慢，一般在30分钟内吸附作用基本达到平衡吸附率可达95%以上。吸附时间是另一重要因素。用膨润土吸附在吸附作用初始阶段(前15分钟)，膨润土吸附的速度较快，但随后吸附速度减慢吸附容量缓慢增加；用改性膨润土吸附，510分钟内反应即达到平衡；用硫酸活化后的膨润土吸附，在5小时内达到吸附平衡。3.1.5 粒度及吸附剂用量的影响随着膨润土粒度的减小端面破键增多阳离子交换能力略有增加。同时粒度减小比表面积增大物理吸附也明显增强。总的结果是随粒度减小吸

28、附量增加但根据实验5，不同产地膨润土粒度对吸附性能的影响程度不同粒度从120减小到200对重金属离子吸附量一般增加1025%少数情况下可增加50%以上。吸附剂用量对吸附效果的影响比较明显。用铁硅交联膨润土吸附随着吸附剂用量的增加去除率增大；当吸附剂用量为8g/L时，去除率为87.25%。用改性膨润土处理含废水其用量为0.2g/L时，出水中，即可达标排放；用量为0.3g/L 时，的去除率90%。用2g改性膨润土处理100mL浓度为1.46 mg/L的含废水，汞的去除率可达96. 7%，剩余浓度为0.048 mg/L，能达排放标准。用天然膨润土吸附处理、和，去除率随着吸附剂用量的增加而增大。用硫酸

29、活化膨润土吸附去除率随着吸附剂用量的增加而增大，当吸附剂的用量从0.5g/L增加到2.5g/L时，去除率从93.40%增加到99.10%。3.1.6不同金膨润土对属离子的吸附何宏平等进行了蒙脱石等粘土矿物对重金属离子的选择性吸附实验研究10-11表明粘土矿物对重金属离子的吸附选择性受矿物的层电荷分布、重金属离子的水化热、电价、离子半径、有效离子半径等因素控制蒙脱石对几种重金属离子的选择性吸附顺序为：。根据经验公式得到、五种重金属离子的有效水合离子半径依次为： 。在离子交换反应中，离子的电价越高，半径越小越易发生交换反在、五种离子中，的电价最高，有效水合离子半径最小最易置换蒙脱石中 、等阳离子。

30、蒙脱石对、五种重金属离子的吸附容量依次为( mol/ kg )：58.75、34 .61、28 .70、19.41和10 .82103.2 膨润土用于吸附重金属离子的改性方法在废水处理中，通过对膨润土进行改型改性达到提高吸附效果的目的是目前广泛使用的法。常用的改型改性方法有酸活化、热活化、钠化处理、膨润土有机化、制备交联膨润土等。但膨润土用于吸附重金属离子时的改性处理方法相对较少，且往往效果不佳如酸活化、钠化处理和有机膨润土对吸附重金属离子的影响均不明显，如河南信阳和河北宣化天然钙基膨润土经钠化改性前的交换容量分别为7.034mmol/g和8.527mmol/g，钠化改性后分别为8.442mm

31、ol/g 和8.988mmol/g。从目前的实验研究看，热活化和交联膨润土处理后效果相对较好。3.2.1有机-无机复合改性膨润土及盐改性法无机柱改性能够提高膨润土的吸附容量增强其pH值共存的无机离子等的耐受能力；而以表面活性剂、重金属捕集剂等特殊有机物改性则可以大幅改善膨润土对重金属的吸附选择性，抵抗水体中共存有机物对重金属吸附的影响。近来研究者通过有机-无机复合改性，得到了同时具备有机膨润土、无机改性膨润土两者优点的改性产物。如通过浸渍法制备的镧钛和溴化十六烷基三甲基铵（CTMAB）改性膨润土吸附剂，对的吸附容量比活性炭等要高几倍甚至几十倍6CTMAB作为复合改性剂，制得的无机-有机复合膨润

32、土Al-CTMA-Bent能够同时去除水体中的磷酸盐以及有机物如、酚类、硝基苯等。Al-CTMA-Bent对共存无机离子的去除效果要好于相应的羟基铝柱撑膨润土在水中的沉降性能则要好于有机膨润土，从而为解决改性膨润土在实际污水中固-液分离的难题提供了实验依据。郭海霞等对和CTMAB复合改性膨润土的吸附性能的研究也得到了类似的结论。盐改性法：对膨润土的盐改性通常使用钠盐、镁盐等。改性后、起到平衡硅氧四面体上负电荷的作用，这些电价低、半径大的离子与结构单元层之间的作用力较弱，从而使层间的阳离子具有可交换性。此外，膨润土的每层之间由于溶剂的作用可以剥离成更薄的单晶片，从而增大其比表面积。正是由于盐改性

33、后膨润土的带电性及较大的比表面积，使其具有更强的吸附能力。以和为添加剂制得的改性膨润土对含铬废水具有良好吸附性能。用铝锆交联膨润土对进行吸附处理，当吸附时间为30分钟、pH为2.53.5、吸附剂用量为12g/L时吸附效率接近100%。采用经 、改性后的膨润土处理含废水，在pH=6.0用量为15.0g/L时对废水中的去除率达到95%，水质符合国家标准。3.2.2酸改性法及复合吸附剂改性膨润土膨润土经过提纯、和交联合成制备的铝锆交联膨润土对模拟废水中的有很好的吸附效果，吸附容量可原土的0.038mg/g 提高到2.213mg/g吸附效率可从16%提高到97% 12。杭瑚等用膨润土和聚合氯化铝处理废

34、水中的重金属, 使低浓度废水中的去除率达93%。刘伟等用膨润土与聚丙烯酰胺(PAM)联用处理含、的电镀废水，重金属离子的去除率可达95%以上到工业排放标准13。酸改性法：对膨润土的酸改性通常是用盐酸或硫酸等。酸与硅酸铝盐发生物理化学反应时，首先是蒙脱石层间的、和等转化为酸的可溶性盐类而溶出从而削弱了原来层间的键能，使层间晶格裂开，晶层间距扩大，活性表面增加；其次在酸的作用下，酸中的会逐渐置换位于晶格表面和置换后的一部分又可以被溶液中的所取代从而生成吸附能力更强的铝离子或碱基铝离子；最后酸还能除去分布在膨润土通道中的杂质, 增大孔容积，疏通孔道，使吸附性能得到提高。研究结果表明：经酸活化的膨润土

35、的吸附性能比原土均有所提高，采用盐酸活化的效果不如用硫酸活化效果好。用经醋酸和醋酸钠改性的膨润土吸附 取得了较好的效果。经证实与未改性膨润土相比酸改性后的膨润土吸附重金属离子的效果较好。3.3 存在的问题及研究方向无论是焙烧、酸活化，还是添加无机或有机活化剂，都能对膨润土进行有效的改性，但不同类型的改性膨润土对重金属的吸附容量和吸附选择性抵抗外界环境（pH值、共存无机离子或有机物等）干扰的能力上还是存在着较大的差异考虑到第9期陈培榕等：膨润土的改性及其在重金属吸附中的研究进展电镀等行业排放废水水质的复杂性以及工业处理过程中经济性的要求，要使膨润土能够在重金属废水的吸附处理中得到进一步的应用，还

36、应该加强以下几个方面的研究。但膨润土作为吸附剂处理废水时尚且存在着一些问题：(1)膨润土吸附废水中的污染物还只局限在用改性之后的膨润土处理实验室模拟废水或单一物质的污染废水中， 并没有大批量的投入到实际生产操作中(2)膨润土是一种粉末状的粘土，投入到废水中混合后会形成泥浆很难实现固液分离(3)不同组成结构的膨润土所需改性方法的工艺有所不同(4) 膨润土的回收再生问题，在理论上膨润土可以回收再利用，但是由于其成本较低且造价较高，许多的研究人员只把重点放在了膨润土的改性和膨润土在一些领域的应用中，忽视了膨润土的再生问题为了研究上述存在的问题，应先划分出膨润土的结构质量以及性能标准，从而使其成为系列

37、化及标准化的粘土；仔细的研究各种改性材料的性质及处理工艺条件，使制备改性膨润土的方法标准化；研究把膨润土加工成在废水处理中能够保持一定颗粒形态的工艺;最后应深入研究膨润土在再生方法，找到一种更加经济可行的改性方法因膨润土有分布广储量大和价格低廉稳定性和吸附性较好等优点，相信将其投注于在工业水处理中的应用指日可待。 （1）提高有机改性膨润土的再生性能。由以上可知有机膨润土对重金属阳离子和阴离子都具有较好的去除效果，水体中共存有机污染物对其吸附效果影响较小，吸附的动力学模型较为清楚，因而在实际中应用较为广泛。尽管如此，有机膨润土也存在着明显的缺陷，即再生性能很差。有研究发现：虽然有机膨润土吸附的C

38、r(VI)和Mo(VI)90以上都可以洗脱出来，但再生后的有机膨润土的吸附性能急剧下降因此提高有机改性膨润土的再生性能，是有机膨润土的应用研究中不可回避的课题。 （2）天然高分子-膨润土复合吸附剂。利用天然高分子如壳聚糖等和膨润土制备复合吸附剂，对水体重金属的吸附具有快速、彻底的优点，还能够解决膨润土使用中难以沉降的缺点考虑到天然高分子材料广泛的来源，该类吸附剂的开发将有助于进一步降低重金属吸附处理的成本。 （3） 改性膨润土与其它技术联用。 将改性膨润土吸附剂和其它废水处理技术如膜生物反应器等联用后，不但可使重金属的去除率得到大幅提高，还可有针对性地应用于一些特殊性质废水的处理。（4） 加强

39、对重金属和有机物复合污染的吸附处理研究。水体重金属和有机物复合污染的状况已经引起了人们的普遍关注，同时吸附去除水中的重金属和有机污染物也是改性膨润土重要的应用方向。考察有机物的存在对改性膨润土吸附重金属的影响以及重金属的存在对改性膨润土吸附有机物的影响，对于改性膨润土在实际的重金属废水（如电镀、冶炼等行业废水）中的应用有较强的理论指导意义。目前关于膨润土对重金属离子的吸附多限于对模拟废水的实验研究，而对实际废水中重金属离子的吸附应用研究较少。由于实际废水的成分、性质更复杂影响因素多所以理论研究与实际应用还有一定距离。膨润土吸附重金属离子一般都是建立在阳离子交换反应的理论基础上。实际上除阳离子交

40、换外，蒙脱石还有专性吸附。对于蒙脱石吸附金属离子后的占位及所占比例研究还较少，这一问题可能会影响到如何对膨润土进行改性达到提高吸附性能的目的。在研究膨润土对多种重金属离子吸附性能的时候，重金属离子浓度不宜使用重量作单位，而应该用摩尔浓度。因为不同元素的原子量相差很大用mg/L等作单位不便于对几种金属离子的吸附进行对比。根据当前研究水平，膨润土用于处理含重金属离子废水时，以选用原状土与其它混合料组成复合处理剂为宜。虽然经过某些方法处理后膨润土的吸附性能会有所改善, 但往往增加了成本，对于废水处理来说经济成本是首先要考虑的因素。只有使膨润土的吸附性能得到大大改善的方法才可能用于实际废水的处理中。3

41、.3.1国内与国外膨润土的发展现状勘探研究表明，我国膨润土的储量世界第一位，种类齐全分布广遍布26个省市产量和出口均居世界前列。据不完全统计目前我国膨润土年产量已超过350万吨，而总储量占世界总量的60%。目前已累计探明储量50.87亿吨以上，保有储量大于70亿吨。现已探明的100多个膨润土矿产地主要集中分布于新疆、广西、内蒙以及东北三省，其中新疆和布可赛尔蒙古自治县境内的膨润土矿储量已突破23亿吨，是目前已探明储量的全国最大膨润土矿区。据新疆地矿部门证实和布可赛尔蒙古自治县境内有7处膨润土矿床其中有4处大型矿床(乌兰英格、日月雷、德仑山南和德仑山西南)。乌兰英格矿区膨润土矿地质储量为5.72

42、8亿吨其中表内CD级膨润土矿储量22948万吨，表外D级储量248万吨占全国同级膨润土储量的13.74%。日月雷矿区膨润土矿地质储量8亿吨，德仑山南及德仑山西南膨润土矿地质储量分别为2.1亿吨及0.8亿吨。 专家估计，乌兰英格地区膨润土矿藏远景储量可望超过50亿吨。广西产地有宁明、田东、崇左、桂平、横线等处蕴藏量最大的是宁明达6.4亿吨，其次是田东达4000万吨总储量超过11亿吨。内蒙古的宁城、兴和、霍林、固阳等地都有十分丰富的膨润土矿，储量最大是赤峰宁城达10亿吨以上。其余分布于江苏、四川（南充）河北、湖北、山东、安徽、浙江、江西、河南、陕西和甘肃等省可见，膨润土矿资源高度集中这有利于组建大

43、型企业集团建立大型生产基地向专业化、规模化、集约化发展。据预测我国膨润土矿资源量已超过80亿吨为新产品的开发和研究、市场的开拓、竞争力的提高等奠定了资源基础。但是我国膨润土开发利用的程度很低累计开采量不足已探明储量的1%。在国际市场上是一种“低出高进”的局面即出口低级产品（原矿、铸造用、钻井用、低档活性白土等），进口高级产品（洗衣粉柔顺剂、高档有机土、膨润土防水毯等）。 据不完全统计，中国目前膨润土产品年产销量约270万吨，其中用于铸造型砂100110万吨用于钻井泥浆70吨，用于冶金球团45万吨用于油脂脱色（活性白土）20万吨，用于其他2030万吨。行业特点是企业规模（年产万吨以上的企业屈指可

44、数）、技术水平低由于是资源型行业而竞争不是很剧烈产销量与价格均逐年上升。国内：李铮等14利用改性之后的膨润土处理含铅废水，研究结果表明，当pH=8左右，在改性膨润土用量为万分之二时，出水中，达到排放标准；用量为万分之三时，的去除率达到90%以上赵小明等15利用碳酸钠氧化铝对天然膨润土进行改性来处理含Cr(VI) 废水，其研究结果表明，在pH=6，当改性膨润土投加量为15g/L时，Cr(VI) 的去除率可达95%以上于瑞莲等16利用酸改性膨润土对废水中的的去除进行研究，研究结果表明，的去除率达到99.9%，达到了国家的排放标准 罗太安等17研究利用改性膨润土处理废水中的研究结果表明，的去除率达到

45、96%于瑞莲等18利用酸改性膨润土对的去除进行研究，的去除率可到到97.1% 张宇等19利用改性膨润土处理含的研究，研究结果显示，pH为56 时，吸附效率接近100%。国外：Mellah A20用天然膨润土吸附含废水，当浓度为300 mg /L时，其最大吸附容量为52 mg /g Krishna等21用十六烷基三甲基溴化铵改性膨润土吸附废水中的，研究结果表明在pH=1时吸附量增大，而pH=26 时吸附量保持不变，离子交换起主导作用Stadler等22改性膨润土在不同pH下对废水中的吸附作用，研究结果表明，当3.5pH4.5 时，吸附量近似常量10%在4.5pH6.5 时；吸附量急剧增加，直到1

46、00%在pH6.5 时，上GasparB23利用改性之后的膨润土对含有的废水进行研究，研究结果表明的去除率达90%Stella traintafyllou等24研究了利用改性膨润土处理镍和钴，研究了不同固液比150 和1100 和1500 和11000 在室温的条件下分别对镍和钴的去处效果，研究结果显示低固液比较高固液比对镍和钴的去除效果好根据国内外对利用改性之后的膨润土处理废水中的重金属离子的研究可以得知利用膨润土可以高效的去除重金属离子但由于重金属离子类型的不同需要用不同的改性方法来改性膨润土从而保证对重金属离子的去除率最高因此须寻找不同的改性方法来处理重金属离子。3.3.2结论膨润土是一种以蒙脱石为主要成分的层状铝硅酸盐，层间可膨胀，阳离子交换容量CEC（阴离子的交换能力）较大，对重金属阳离子具有较强的吸附能力但由于膨润土表面硅氧结构具有较强的亲水性，层间阳离子易发生水合，因而被吸附的重金属容易解析，难以从水体中彻底去除；此外，天然膨润土对重金属离子的吸附选择性、吸附稳定性等也有待提高。为