我國蛭石資源豐富,分布廣泛,主要分布在新疆、河北、內蒙、甘肅等省區,規模最大、最具代表性的是新疆尉犁縣且干布拉克蛭石礦,其儲量占全國的90%。
作為一種常見的吸附材料,蛭石具有質量輕、比表面積大、離子交換能力強、吸附容量大、生態友好、成本低等優點,廣泛應用于環保等領域。
1、蛭石在水處理方面的應用
由于蛭石具有強大的吸附性能,因此可用來處理水中的氮磷、有機物、重金屬離子等。
譚光群等研究發現蛭石對重金屬離子的吸附能力從大到小順序為Pb2+>Cu2+>Cd2+,影響蛭石吸附的主要因素是pH。在pH>4.0的弱酸性至堿性條件下吸附效果較好。
張瑩等利用3%CTMBA改性的蛭石其吸附率接近活性炭,因此在治理含汞廢水污染方面,蛭石可以作為活性炭的替代品。
萬芒研究發現:改性蛭石除磷能力從大到小順序為鑭改性蛭石>酸改性蛭石>鐵改性蛭石>原蛭石,將蛭石與沉水植物相結合,可進一步促進對富營養化水體中磷的吸收。
熒光染料廢水組分復雜、所含的有機污染物濃度較高且種類較多,是難處理的工業廢水之一。李江明等使用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)對蛭石進行改性。結果表明,改性蛭石對
吡羅紅和羅丹明B的吸附率分別為67.1%和82.8%,且具有良好的循環再生能力。
Deepa等研究了膨脹蛭石和疏水蛭石對水中油的去除作用。結果表明:在pH=9的條件下,2種蛭石均表現出較好的除油效果;膨脹蛭石由于具有多孔的特性,需要較長的時間才能達到吸附平衡,因此比疏水蛭石具有更好的除油效果。
飲用水中氟含量過高是造成地方性氟病的重要原因,因此治理氟污染也非常重要。李英等在微波膨脹的基礎上,用鹽酸改性蛭石去除水中的氟離子,發現其對氟離子的吸附量顯著提高,吸附量是純蛭石的2倍。
2、蛭石在土壤修復與改良方面的應用
蛭石含有K、Mg、Ca、Fe以及微量的Mn、Cu、Zn等元素,且具有陽離子交換能力,因此可以有效改善土壤的營養并提高養分、水分的儲存能力。
查丁石進行無土栽培培育茄子時,選擇蛭石作為土壤基質并澆施營養液。結果表明幼苗的莖粗、葉面積、全株干物重和壯苗指數等生長指標均等于或接近測量值的最大值,幼苗綜合素質最高。因此在植物培養方面,蛭石是一種優良的育苗基質,將其與營養液配合施用,能培育出高質量的幼苗,有利于未來農業的發展。
Mery等通過盆栽實驗研究了蛭石對受到Cu、Cr和Ni污染較嚴重的土壤的修復能力。結果表明,在土壤中添加蛭石可以明顯減少萵苣和菠菜對金屬污染物的吸收,其有效性隨著蛭石與污染土壤接觸時間的延長而增加。原因是蛭石的添加使土壤的pH升高和負電荷增加,不僅增強了對陽離子的吸附能力,而且生成含羥基金屬陽離子的幾率較高,蛭石對重金屬的吸附總量較高。與含水金屬陽離子相比,生成的含羥基金屬陽離子對吸附位點具有更大的親和力。
3、蛭石在固體廢棄物處理方面的應用
堆肥被認為是處理食品廢棄物理想和有效的方式,但其最主要的缺點是會造成大量的氮損失。He等研究了蛭石對食品廢棄物堆肥過程的影響。結果表明,蛭石延長了堆肥的高溫階段,加快了有機質的流失和穩定,從而縮短了食物垃圾堆肥的時間,減輕了其對環境的危害。在堆肥中加入質量分數10%的蛭石,能有效減少氮流失,降低氨的排放量和電導率值,而且蛭石還能與銨離子結合,加強對食品廢物堆肥中氮的保存。
準東煤田是世界上最大的煤田,但其堿土金屬元素含量較高,因此,煤炭將導致嚴重的灰分沉積,腐蝕換熱器表面。Yang等研究發現,在粉煤灰中添加質量分數5%的蛭石對灰分沉積的形成、生長過程及換熱器腐蝕具有明顯的抑制作用。原因如下:蛭石與粉煤灰反應會產生高熔點的礦物,從而減小了灰渣的粒徑;蛭石經熱處理后會膨脹和卷曲,抑制了灰渣顆粒的團聚;蛭石受熱后吸附能力增強,可有效吸收煙氣中的SO2,從而抑制了Na2SO4的形成,抑制了換熱器中金屬的腐蝕。周上坤等研究發現當蛭石添加量達4%(時,煤渣就會變得疏松,孔隙發達且質地也會變脆,極易通過吹灰去除。
4、蛭石在大氣治理方面的應用
目前,利用石灰石等鈣基材料作為CO2吸收劑,通過循環煅燒/碳酸化的方法來回收CO2,可以實現規?;?、經濟、高效地捕集分離CO2,但隨著循環次數的增加,鈣基吸收劑容易發生燒結,其碳酸化率也會迅速發生衰減。孟晶晶等使用蛭石作為添加劑對石灰石類鈣基材料進行改性。結果表明,將具有天然層狀結構和耐高溫性質的蛭石包裹在石灰石表面,阻止了石灰石顆粒間的接觸,有效避免了燒結現象,從而提高了碳酸化率和對CO2的捕集效率。
硅酸鋰(Li4SiO4)是一種應用前景廣闊的高溫CO2吸附劑,但在相對較低的CO2濃度下其循環穩定性差,CO2吸收量低。為了提高Li4SiO4的穩定性,Zhang等以蛭石/MCM-41雜化物為原料,合成了層狀(蛭石/MCM-41)-Li4SiO4復合材料,在不同CO2濃度下,制備的復合材料具有更好的CO2捕獲性能以及受CO2濃度影響小、CO2捕獲動力學速度快、循環穩定性好等優點,且經過20次吸附-解吸循環后,3層(蛭石-MCM-41)-Li4SiO4復合材料的CO2吸附量僅下降1.4%。
資料來源:《駱鳳,張義,劉云利,等.黏土礦物蛭石在環保領域的研究與應用[J].化工新型材料,2020,48(12):39-42》,由【粉體技術網】編輯整理,轉載請注明出處!
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