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山东●莱芜安仙传栋保温材料厂

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环境矿物材料膨润土的改性方法
 

天然膨润土,由于其丰富的储量、低廉的价格、特殊的吸附性能,作为环境矿物材料在环境污染治理领域得到了广泛关注。

但受其结构的影响,将天然膨润土直接应用于环境污染治理有一定的局限性,如吸附效果差,体系离子强度影响大,对重金属离子的吸附结合力不强,环境中酸碱度或其它因素的改变会使已经吸附上的重金属离子重新解吸下来等。因此,需要对膨润土进行改性。

根据不同的需求,利用其结构特征,对膨润土进行改性处理。通过对膨润土表面性质以及层间结构的修饰,可大大提高膨润土对污染物的吸附性和选择性,更好的应用于环境修复。

膨润土的改性方法很多,大体可分为:焙烧改性、酸化改性、微波法改性、无机改性、有机改性以及无机-有机复合改性等。

1、焙烧改性

焙烧改性是通过高温焙烧使膨润土失去吸附水、结构水及有机质,减少水膜对有机污染物的吸附阻力,有利于吸附质分子的扩散,从而改善膨润土的吸附性能。

焙烧温度一般控制在400-500℃,温度过低不能有效去除层间结晶水,温度过高则会破坏膨润土结构,甚至导致晶型转变。

焙烧改性虽然比较简单,成本较低,增加吸附剂的投加量便可使废水达到一定的去除COD和脱色的效果,但是投加量的增加却相应地会大大增加后续工艺的处理难度和成本,并且,对于一些废水,焙烧改性后的膨润土并不能达到去除COD和脱色的满意效果。

2、酸化改性

酸化改性是利用一定浓度的无机酸(盐酸、硫酸、磷酸)处理天然膨润土。一方面酸液可以将层间金属阳离子溶出,置换成体积更小和价态更低的H+,使层间范德华力减小层间距增大;另一方面可以去除通道中的杂质,从而扩大比表面积。两方面的作用都有利于膨润土比表面积和吸附性能的提高。

通常,在一定范围内,随酸浓度的增大,处理后的膨润土吸附性能增强,当酸度达一定浓度后吸附能力随酸度增大基本无变化。酸化改性通过改变膨润土的物理或者物化性质来提高其对其他物质的吸附性能,虽然工艺和设备简单,其不足之处是对吸附容量和吸附选择性的改善效果有限。近来,人们在膨润土原土、焙烧或酸化改性后添加一种或多种化学物质来进一步提升其吸附性能。

3、微波法改性

微波改性的原理是通过利用频段在300Hz-300GHz之间的微波对膨润土进行处理,使其活化。

微波处理具有穿透性强、加热均匀、操作安全简单、耗能少、效率高等优点,与传统的酸化法、焙烧法结合使用效果更好。

4、无机改性

无机改性是通过在膨润土层间形成无机柱状结构从而扩大层间距,提高比表面积,在层间形成二维孔网结构,同时还使膨润土在高温环境中不至塌陷,提高其热稳定性。

在改性过程中多选用Al3+、Ti4+、Mg2+、Fe3+等聚合羟基阳离子作为柱撑剂,首先用碱液水解上述金属离子盐得低聚羟基阳离子作为柱化液;然后利用膨润土的阳离子交换作用将柱化液中的低聚羟基阳离子交换进膨润土层间;最后通过加热脱羟基在层间形成多孔柱状金属氧化物,再经过磨粉等步骤便得到了无机柱撑膨润土,无机柱撑膨润土在催化、吸附领域有广泛应用。

一般认为,柱撑改性膨润土中柱撑剂的作用不但改变了层间的性质,而且为膨润土引入其他的离子或官能团,改变了表面性质,增加吸附的数量,提高了吸附性能。

5、有机改性

膨润土的有机改性是指通过加入有机物小分子或离子、有机聚合物等,通过离子交换,结合到膨润土表面或进入膨润土层间,利用其有机官能团与膨润土内外表面通过吸附作用或形成化学键结合成有机膨润土。常用的有机改性剂有铵盐、具有聚合性能的改性剂以及有机硅烷,其中以季铵盐阳离子应用最多。

当有机改性剂结合到膨润土表面和进入层间后,膨润土的表面性质和层间性质发生明显变化,其表面由亲水性转变为疏水性的同时,膨润土晶体颗粒有机质含量也增加,对水中有机物的吸附容量也显著增强。

6、无机-有机复合改性

无机-有机复合改性是指将无机改性剂和有机改性剂相结合对膨润土进行改性的方式。无机-有机复合改性膨润土其优势主要体现在:疏水性较好,比表面积大和孔容较大,从而提高了膨润土对污染物的吸附能力。

膨润土作为环境矿物材料,具有储量丰富,价廉易得,活化改性方法简单,可去除水中无机、有机污染物,具有较高的化学和生物稳定性等诸多优点。因此,系统深入地研究膨润土的改性方法、改性机理、结构、性能及其在环境污染治理中的应用,将对进一步开发新型改性膨润土及其在环境保护特别是污水处理及环境修复中的应用具有重大意义。

 
 
 
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