吸附技術的(de)關鍵是(shì)製備(bèi)環(huán)保、廉(lián)價、高效的吸附劑。粘土和粘土複合材料因為獨特的結構已經發展成為從水溶液中去除汙染(rǎn)物的高效吸(xī)附劑。其中蒙脫石是最具膨脹性的礦物之一,具有較大的比表麵積和可(kě)膨脹的層狀結構,其優異的吸附性能被用於去除水溶液中的各種汙染物。
1、原(yuán)始蒙脫石去除水中汙染物(wù)
原始蒙脫石可以有效地(dì)吸收重金屬(shǔ)離子和陽離子染料(liào)等陽離子汙染物,其吸(xī)附機理主要為陽離(lí)子交換。其中原始蒙脫(tuō)石對於重金屬(shǔ)陽離子吸附的吸附性(xìng)能(néng)已有許多報道。
2、酸洗蒙脫石去除水中(zhōng)汙染物
酸活化是指在高溫下用相當高濃度的無機酸(suān)處理(lǐ)礦物。蒙脫石進行酸活化(常用HCl或H2SO4溶液(yè)),可(kě)使(shǐ)蒙脫石部分溶解,在酸洗的過程中可去除礦物雜(zá)質同時也可以將部分結垢元素浸出,導致蒙脫石的表麵性質也發生改變。
許多研究(jiū)者發現經過酸洗的蒙脫石比原始蒙脫石對汙染物吸附效果更好。酸改性除了能提高蒙(méng)脫石對重金屬的處理(lǐ)效果之外,也有研究者證明了酸化能提(tí)高蒙脫(tuō)石對其他(tā)汙染物的吸附,如陰離子RB-81和DB-74染料等。
3、熱處(chù)理蒙脫石去除水中汙染物(wù)
熱活化是一種簡單、經濟的方法,可以改變其結構和表麵性質,適合於吸附去除(chú)環境汙染物。
Attar等研究了熱處理膨潤土對137Cs和(hé)85Sr的(de)吸附,實驗結(jié)果表明材料在加熱時發生脫水和脫羥基,同時137Cs的主要吸收過程是離子交換機製(zhì),而在85Sr的情(qíng)況下(xià),與表麵OH-基團結合(hé)和Sr(OH)2共沉澱是主要吸收過程。
4、有機物改性蒙脫石去除水中汙染(rǎn)物
有機改性是(shì)利用有機官能團或有機(jī)物取代蒙脫石層間可交換的陽離子(zǐ)或結構水。由於有(yǒu)機(jī)改性劑能增加蒙脫石層間距和表麵官能團含量,改性蒙脫石對重金屬和有機物的吸附性能明顯提高。
(1)有機陽離子改性蒙脫石
常見的(de)用於改性蒙脫石的有機陽離子包括四甲(jiǎ)基銨(TMA)、結晶紫、亞甲基藍等。Zhu等研究了四甲基銨(ǎn)插層膨潤土及其降電荷膨潤(rùn)土內外矽氧烷表麵對脂肪族和芳香(xiāng)族化合物的吸附(fù),結果表明(míng)TMA+降低(dī)膨潤土層間電荷和飽和度,能(néng)改善層間微環境,顯著促進中性有機物(NOCs)的吸附,另外空間(jiān)位阻和苯基(jī)效應控製了NOCs在TMA+膨潤土內矽氧烷表麵(miàn)的吸附。
(2)陽離子表(biǎo)麵活性劑改性蒙(méng)脫石
陽離子表麵活性劑改性蒙脫石通常指含有至少一個長烷基鏈的有(yǒu)機陽離子(即陽離子表麵(miàn)活性劑)合成的。最為常見的有十六烷基三甲基銨(ǎn)(HDTMA)。該類O蒙脫石可以去除疏水性有機物(HOC)、陰離子汙染物、重金屬(shǔ)離子和放射性離子等(děng)。
粘土礦物由於其負電荷(hé)和表(biǎo)麵親水性,因而對疏水和陰離子汙染物的吸附能力相對較低。用陽離子表麵活性劑改性蒙脫石可以增強對HOC和陰離子汙染物的吸(xī)附能力,同時這類O蒙脫石上存(cún)在電荷平衡無機離子可能會降低其疏水性,從(cóng)而(ér)降低其攝取HOC的能(néng)力。
(3)其他有機(jī)改性蒙脫石
運用(yòng)天(tiān)然聚合(hé)物或豐富的生物質對礦物進(jìn)行改性(xìng)是當前製備礦物複合材料的熱點,殼聚糖是(shì)一種很好的金屬離子配位體,能選擇性和高效地(dì)與過渡金屬離子形成CTS金屬離(lí)子複合物和配位鍵(jiàn)。Chen等製(zhì)備了(le)蒙(méng)脫土中空層狀介孔球(MMTNS@CS-HMPHS),結果表明在MMTNS@CS空(kōng)心球殼上(shàng)形成了介孔孔道,從而獲得了較高的比表麵積,同時還具有MMT和殼聚糖(táng)的活性(xìng)中心(xīn),大大提高了其(qí)在吸附、藥物傳遞和催(cuī)化劑載體(tǐ)等方麵的性能。
除了殼聚糖外,還有各種各樣的其他聚合物,如纖維素、聚丙烯酰胺等。
5、無機改性蒙脫石(shí)去除水中汙(wū)染物
(1)羥基金屬改性蒙脫石
在各(gè)種無機(jī)改性蒙脫石中,由於Hyd-Mt具有大的(de)SSA和豐富的化學活性表麵基團,羥基(jī)金屬聚陽離子(Hyd)已經是最常見的無機改性劑。迄今為止(zhǐ),各種羥基金屬聚陽離子(zǐ)(如羥基鋁、羥基鐵、羥基鉻等)已被(bèi)用於合成Hyd-Mt。
蒙脫石存在(zài)比表麵(miàn)積小、層間距窄、表麵疏水等不足之(zhī)處,采(cǎi)用Al3+水合物柱撐(chēng)改性(xìng)的(de)方法,可以產生更(gèng)高的永久孔隙率和更寬的夾層被廣泛應(yīng)用。最常(cháng)用的(de)無機柱撐劑就是羥基鋁聚陽離子(zǐ)(Al13)。鋁柱撐粘土(Al-蒙脫石)是通過Al13陽離(lí)子的插層來獲(huò)得的,鋁(lǚ)柱撐粘土比有機粘土更具有熱(rè)穩定性和多孔性,可用於去除水中的重金屬和氧陰(yīn)離子汙染物等。
(2)納米顆(kē)粒負載蒙脫石
近年來,在粘土礦物的層間空間中加(jiā)入(rù)納米結構材料合成的納米(mǐ)複合材料因其(qí)特殊(shū)的物理化學(xué)性質和在不同領(lǐng)域的(de)潛在(zài)應用而受到越來越多的關注。蒙脫石納米結構材料除了具有高比表麵積外,還(hái)具有催(cuī)化電位高、反應(yīng)活性高(gāo)等特點,使其(qí)比普通蒙脫石材料具有更好的吸附性能。
Soliemanzadeh等利用綠茶提取物製備(bèi)了膨潤土負載的“綠色”納米零價鐵(B-nZVI),結果表明,合成的B-nZVI對Cr(Ⅵ)的吸附量遠高於膨潤土,吸附高度依賴於pH值,在2~6的pH範圍內提供最大吸附量,且吸附過程為化學吸附過程。
6、無機-有機改性蒙脫石去除水中汙染物
有機-無機改(gǎi)性運用較普遍的就是陽離子(zǐ)表麵活性劑和金屬羥基(jī)聚陽離子插(chā)層組合。同時(shí)Fe(Ⅲ)、Cr(Ⅱ)和Ti(Ⅱ)等(děng)羥基聚(jù)陽離子可代替(tì)羥(qiǎng)基鋁用作無機改性劑和柱撐劑(jì)。Bouberka等證明了十六烷基三甲(jiǎ)基溴化銨(ǎn)(CTAB)存在(zài)下的鉻插層膨潤土比(bǐ)鋁插層(céng)膨潤土具有更好的吸附性能,陰離子染料酸性染料超醇黃4GL(S.Y.4GL)在三種情況下的平衡吸附容量分別(bié)為142、85、128.20mg/g。