環境礦物材料在空氣污染治理方面的應用主要是利用其礦物材料的晶體結構中存在結構通道,以及礦物特殊的排列方式使所構成的集合體具有的孔狀結構,其在空氣污染防治中的應用主要有以下幾方面:
1、環境礦物材料在工業廢氣治理方面的應用
工業廢氣是我國大氣污染的主要來源,據資料介紹,我國目前每生產1t水泥熟料要排放1tCO2、0.74kgSO2、130kg粉塵;每生產1t石灰排放1.18tCO2。
膨潤土可用于吸附NOx、SOx、H2S等有毒有害氣體,還可以有效地去除與腐爛變質物臭氣有關的1.4-丁二胺和1.5-戊二胺以及包含在排泄物臭氣中的吲哚、丁烷一類氣體。
美國聯合碳化物公司用人工合成沸石回收SO2,含量由3500μL/L下降至15~25μL/L,回收率達98%~99%,酸霧下降至3.53mg/m3。
我國杭州硫酸廠排放的尾氣中含SO20.2%~0.5%,SO30.0014%~0.0035%,硫酸霧0.03~0.1g/m3,用改型縉云沸石吸附處理后,SO2僅含20~100μL/L,吸附的SO2解吸后,可回收重新使用。
2、環境礦物材料在燃煤污染治理方面的應用
我國大氣污染的顯著特征就是煤煙型,煤炭燃燒釋放出煙氣、粉塵、SO2、CO、CO2等一次污染物以及產生硫酸、硫酸鹽類等二次污染物。
針對這種情況,可以把環境礦物材料與燃燒前、燃燒中、燃燒后三階段的綜合控制技術相結合,利用礦物材料實現燃燒前的脫硫、燃燒中的固硫和燃燒后的除硫與除塵。
如膨潤土在高溫下失去層間水,形成疏松孔道結構,吸附硫化反應產物硫酸鹽,同時激活自身層間固硫離子如鈣、鎂等,有利于促進固硫反應。
蛭石尾礦具有良好的固硫效果,其固硫活性因燃燒溫度而異,在950℃和1050℃時,膨脹性能好、活性強。蛭石尾砂在型煤燃燒過程中膨脹產生的疏松結構,不僅能提高燃煤固硫效率,還能為煤中碳質成分的充分燃燒創造條件,降低煤炭因不完全燃燒而形成的碳質飛灰,明顯減少煙塵污染。
燃燒后階段的除塵處理這一工序需要優秀的除塵過濾器。而使用環境礦物材料制成的除塵過濾器,不但能耐高溫、耐輻射,而且許多礦物材料特殊的多孔結構都能為其提供極高的吸附性能,兼之礦物材料本身的價格就相當低廉,極高的物理和化學強度又使其具備長久的耐用性,所以可以說環境礦物材料作為除塵過濾器具有最高的能效和最好的適性。
3、環境礦物材料在城市空氣污染治理方面的應用
城市空氣污染主要來源于汽車尾氣的排放,國外近來利用蒙脫石、天然沸石、海泡石等的環境礦物材料制成汽車尾氣排氣管過濾器來吸附有害汽車尾氣。
Shigeru等用天然沸石作為載體,負載銥和鉑-銠/氧化鋁用于汽車尾氣的催化處理中,可在汽車發動機內有效的轉化NOx(轉化率70%),并可完全去除烴類物質。
堇青石質蜂窩陶瓷作為重要的高溫煙氣、催化劑載體和化工精過濾材料在尾氣治理方面發揮著越來越重要的作用。李金紅等以聚氨脂泡沫塑料為前驅體,取鋁土礦、高嶺土和滑石為原料,制備了以堇青石為主晶相的泡沫陶瓷,實驗表明其具備良好的物理化學性質,可作為較好的環境工程材料應用。
另外,利用低白度滑石研制的新型多微孔陶瓷專用微細粉,對尾氣凈化率達到98%以上,并且使用效果不會隨時間下降,這也為根治汽車尾氣的工作找到了一種良好的方法。
4、環境礦物材料在室內空氣污染治理方面的應用
室內空氣污染及治理是當前的熱門研究課題,也是普通百姓關注的重要話題。隨著家庭裝飾裝修材料中人工合成高分子材料使用的增多,不僅引起了短時間的空氣污染,同時帶來長久的潛在隱患。短期的空氣污染主要表現在甲醛、氨等早期釋放強濃度的危害。
對于上述的有害物質,以沸石、坡縷石、海泡石、膨潤土、累托石等粘土礦物為載體的載銀無機抗菌劑可以起到良好的作用效果。目前開發的以多孔結構粘土礦物為載體的無機抗菌劑已成功應用于室內空氣凈化,并對病菌及其分泌物毒素均有較強的殺滅和降解作用。
例如,由北京依依星科技有限公司監制,由山西依依星科技有限公司生產的“潞潔”牌納米光催化劑,可高效去除室內空氣中甲醛、甲苯、氨等污染物,同時還具有一定的抗菌作用。
北京市建筑材料科學研究院開發的以纖維狀坡縷石、海泡石、沸石制作的環保型特種多功能紙不僅具有難燃、阻燃效果,而且能有效地吸附室內空氣中的氮氧化物和有害極性氣體。
連錦明等研究發現,膨脹石墨對甲醛廢氣具有較好的吸附效果,膨脹石墨對甲醛的吸附以物理吸附為主,吸附量隨溫度升高而逐漸減小。他們還比較了膨脹石墨和活性碳對NOx的吸附性能,發現膨脹石墨與活性碳相比較,對NOx的吸附性能更好。
任升蓮等研究凹凸棒石特殊的晶體結構和性質,發現它具有大量形狀不同和大小不均的孔隙和毛細管孔結構,是很好的納米材料?;谄鋬r格低廉,取材豐富以及良好的物理化學特性提出了凹凸棒石在卷煙濾嘴中的添加應用,實驗表明該過濾嘴有選擇性地去除卷煙煙氣中有害物質,且卷煙的內在質量不受影響,能夠保持卷煙原有的吸味風格。
綜上所述,環境礦物材料在大氣污染治理和大氣環境修復領域中發揮著獨特的作用,并在污染治理的規模、成本、工藝、設備、操作、效果與無二次污染等方面具有明顯的特點和較大的優勢。深入系統地研究環境礦物的基本性能,揭示環境礦物的凈化機理,開發環境礦物的凈化功能,將有利于進一步擴大環境礦物的應用領域。
今后的研究重點將是環境礦物材料的超細、超純、改型和改性等深加工改造,多種環境礦物材料的復合以及脫附再生,進一步提高其性能。礦物的深加工改造會使礦物的粒度變小、表面積變大、結構也發生變化,從而使礦物吸附性、活性等發生變化、多功能的礦物復合,有利于取長補短,研發高性能的復合材料。脫附再生的研究可以最大化地循環利用礦物材料,減少礦物的二次污染,同時拓展環境礦物材料的選擇范圍,如選擇礦山尾礦、廢石、固廢等材料,將具有更高的環境價值。
[1] 李文丹,韓莎莎,王瑾,等.環境礦物材料在大氣污染防治中的應用[C].2008年全國風與大氣環境學術會議.
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