海泡石屬斜方（正交）或單斜晶系的層鏈狀含水富鎂硅酸鹽粘土礦物，具有很強的吸附性、離子交換性和脫色性能，且價格低廉，儲量豐富，因此，海泡石或改性海泡石作為一種優(yōu)質(zhì)價廉的礦物材料，被廣泛應用于水污染、土壤污染、大氣污染治理等環(huán)保領(lǐng)域。
我國海泡石資源豐富，湖南瀏陽、湘潭、寧鄉(xiāng)、望城、湘鄉(xiāng)等地，河北易縣、張家口、唐山、淶源、涿鹿等地，河南西峽、內(nèi)鄉(xiāng)、盧氏、南召等地，江西樂平、安徽全椒、湖北廣濟等地均有海泡石礦藏，為開發(fā)海泡石環(huán)保材料提供了豐富的礦物資源。
1、海泡石的環(huán)境功能屬性
?。?）吸附性
海泡石優(yōu)良的吸附性能體現(xiàn)在海泡石結(jié)構(gòu)中。海泡石擁有貫通的沸石通道和孔隙，較大的比表面積和孔容積提供物理吸附條件。
海泡石通過化學鍵吸附雜質(zhì)的原因有：
硅氧四面體層中的氧原子提供許多弱電荷，弱電荷由于靜電引力吸附雜質(zhì)；
雜質(zhì)與鎂離子配位的水分子之間形成氫鍵；
在硅氧四面體外表面，由于Si-O-Si鍵斷裂產(chǎn)生的Si－OH基，與被吸附在海泡石外表面上的分子發(fā)生絡(luò)合反應。Si－OH基還能與某些有機試劑形成共價鍵。
三類活性中心使海泡石的物理吸附和化學吸附能力得到提高。另外，海泡石表面含MgO6和SiO4，形成許多堿性中心和酸性中心，較強的極性易吸附極性物質(zhì)。
?。?）流變性
海泡石呈束狀體，當溶解在水或其他極性溶劑中時，束狀纖維會雜亂無序地連接成無規(guī)則的纖維網(wǎng)絡(luò)，纖維網(wǎng)絡(luò)阻礙溶劑流出，使溶劑停留在網(wǎng)絡(luò)中，這樣懸浮液具有高黏度和流變性。
?。?）催化性
海泡石能用作催化劑是因為其自身有許多吸附中心，熱穩(wěn)定強，比表面積大。其中自身含有的大量Si－OH基，能與有機質(zhì)的氣態(tài)或液態(tài)發(fā)生作用，產(chǎn)生礦物衍生物，但礦物的結(jié)構(gòu)保持不變。此外，由于海泡石高的化學惰性，使其懸浮液受電解質(zhì)影響不大，也保證了結(jié)構(gòu)的完整性。
2、海泡石水污染治理材料
海泡石或改性海泡石在水污染治理方面是一種高效和易再生的新型吸附劑，可用于處理含有有機染料、含油廢水、養(yǎng)殖廢水、鋁材切削液廢水、垃圾滲濾液、腐殖酸、氨氮、微囊藻、果糖、雙酚A、丙酮、甲苯、氯苯、六氯丁二烯、苯乙烯、萘、菲、十溴聯(lián)苯醚、氯草敏、苯噻酰草胺、有機磷、阿特拉津等有機污染物、重金屬、有害非金屬、硝酸鹽、含氟廢水、放射性核素等無機污染物的廢水。
?。?）海泡石陽離子有機染料廢水處理材料
造紙和印染等工業(yè)排放的廢水中因含有大量的有機染料，李方文等采用硫酸改性的海泡石處理印染廢水，COD去除率達80%以上，SS去除率和脫色率可達90%以上。張麗蓉則采用陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）對海泡石進行改性，改性后的海泡石對100mg/L的孔雀石綠染液的脫色率高達98%、吸附量達98.5mg/g，吸附能力與粉末活性炭不相上下，且其經(jīng)4次HCl處理再生后仍具有較好的吸附性能。
?。?）海泡石陰離子染料廢水處理材料
海泡石經(jīng)過改性后，不但對陽離子染料具有較好的吸附性能，也能對以陰離子有機染料為主的廢水具有較高的去除率和脫色率。
楊勝科等以十六烷基三甲基溴化銨改性的海泡石吸附曙紅Y，發(fā)現(xiàn)改性后海泡石的纖維更加蓬松，孔隙度變大，對曙紅Y的吸附率高達100%，吸附機理主要是物理靜電吸附。李計元等發(fā)現(xiàn)CTAB改性后的海泡石對剛果紅初始濃度為200mg/L的廢水的脫色率明顯大于海泡石原礦和酸改性海泡石的，吸附為物理吸附。CTAB通過靜電作用吸附在海泡石表面，未對海泡石的晶體結(jié)構(gòu)造成影響，且有機改性使海泡石表面由負電位變?yōu)檎娢唬鰪娏藢﹃庪x子染料的靜電吸附能力。
?。?）海泡石含油廢水處理材料
為了解決天然海泡石由于表面酸性小和通道窄導致的處理含油廢水效果不佳的問題，林鑫等對海泡石進行熱活化后再用于處理含油廢水，結(jié)果表明海泡石經(jīng)400℃熱活化后，比表面積由247.797m2/g增加到305.849m2/g，改性后的海泡石對模擬含油廢水COD的去除率最高可達94.98%。
?。?）海泡石鋁材切削液廢水處理材料
鋁材切削液廢水中含有脂肪油、脂肪酸、脂類、高級醇類等有機物，需進行處理后再排放。利用傳統(tǒng)的Fenton反應雖然處理難降解有機物時具有較好的效果，但反應需在酸性條件下進行。
對此，嚴松等以酸（硝酸）熱改性的海泡石為載體，利用浸漬-共沉淀法負載CuO、MnO制備出中性條件下催化H2O2氧化催化劑，結(jié)果表明：在中性條件下，催化劑對鋁材切削液廢水的COD去除率為88%，并且催化劑具有良好的穩(wěn)定性和重復使用性.該催化劑連續(xù)使用5次后，催化活性沒有明顯變化.廢水經(jīng)該催化劑處理后，可生化性得到明顯提高。
?。?）海泡石垃圾滲濾液處理材料
城市垃圾堆放產(chǎn)生的滲濾液中含有高COD，氨氮濃度較高，成分復雜，許朋朋等制備了以海泡石為載體的負載TiO2吸附劑，TiO2/海泡石吸附劑投加到稀釋至COD為437.2mg/L的垃圾滲濾液中，TOC降解率為65.47%，COD降解率為55.56%。
?。?）海泡石飲用水處理材料
腐殖酸（HA）是天然水體中有機物質(zhì)的主要成分，是飲用水水源有機微污染控制的重點對象。陳衛(wèi)等采用一步原位共沉淀法制備了磁改性海泡石，磁改性海泡石對HA的去除率可達78.4%，經(jīng)7次脫附再生循環(huán)使用后，對HA的去除率仍可達71%。
（7）海泡石氨氮處理材料
顏酉斌等采用酸化法對海泡石進行改性，再將改性海泡石作為人工濕地的填料，研究了其對生活污水中的氨氮去除效果，發(fā)現(xiàn)以海泡石為填料的人工濕地的出水氨氮濃度為1.8mg/L，而沙填料池中出水濃度為10mg/L，含海泡石的濕地對氨氮的去除率為85%，海泡石用于氨氮廢水的處理極具開發(fā)價值。
?。?）海泡石微囊藻處理材料
李凱等比較了海泡石、膨潤土、高嶺土、蒙脫土和凹凸棒對銅綠微囊藻的去除效果，指出單獨投加黏土礦物時，海泡石的除藻效果最為顯著.采用殼聚糖對海泡石進行改性，可進一步提升其除藻效果，殼聚糖-海泡石復合體除藻劑的pH使用范圍廣，且效率高、經(jīng)濟適用、除藻效果明顯，可在一定程度上防止藻華的再次爆發(fā)。
?。?）海泡石果糖處理材料
生產(chǎn)果糖排放的廢水中含有大量果糖，伍明等研究了海泡石對果糖的吸附性能，并與活性炭進行了對比，發(fā)現(xiàn)0.3g的海泡石對50mL的0.1mg/mL標準液中果糖的去除率接近100%，而活性炭則需要2.4g才能達到對果糖的最大吸附量，且去除率僅有海泡石的一半。吸附于海泡石上的果糖可進行解吸回收，也可直接應用于飼料或醫(yī)藥行業(yè)。
（9）海泡石雙酚A處理材料
針對傳統(tǒng)處理難降解廢水的光-Fentou技術(shù)存在的可見光利用率低、回收難等問題，Liu等以海泡石為催化劑載體，制備了一種非均相等離子體光催化劑Ag/AgCl/鐵-海泡石催化劑，該催化劑降解雙酚A的效果優(yōu)于Ag/AgCl和Fe-海泡石，雙酚A基本被完全降解。
?。?0）海泡石丙酮處理材料
丙酮具有易揮發(fā)、難降解的特點，傳統(tǒng)的吸收法因吸收劑飽和時間過短導致吸收效果不佳。對此，韓靜等以HCl對海泡石進行改性，改性海泡石對丙酮的吸附量達54.41mg/g，而海泡石精礦的吸附量僅為7.39mg/g，吸附效果還優(yōu)于HNO3、H2SO4改性和水熱改性的海泡石。該法對丙酮的吸附，尤其是高濃度丙酮的吸附具有顯著效果，為丙酮污染的治理提出了新路線。
?。?1）海泡石甲苯處理材料
甲苯是一種低毒、易揮發(fā)有機物，張鵬通過在改性海泡石上負載銅錳，使銅錳/海泡石催化劑在245~270℃下對甲苯的降解率達到50%，在290~300℃時實現(xiàn)完全催化降解.在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)在活性組分中摻雜適量的鈰，可進一步提高催化劑的活性。
（12）海泡石氯苯廢水處理材料
含氯苯廢水是一種難處理廢水，顏酉斌等采用先酸改性再熱改性的方法對海泡石進行改性，改性海泡石對50mg/L氯苯的去除率為80%，吸附為表面不均勻吸附。
?。?3）海泡石六氯丁二烯處理材料
六氯丁二烯等鹵代烴類污染物是地下水中主要的有機污染物之一，劉玉茹等以海泡石作為納米鐵催化劑的載體，在防止納米鐵顆粒團聚的同時，還能與其產(chǎn)生協(xié)同催化作用。研究指出海泡石負載型納米鐵對六氯丁二烯的去除率可達95%，且酸性環(huán)境下的去除效果最好，中性環(huán)境次之，堿性環(huán)境最差。
?。?4）海泡石苯乙烯處理材料
苯乙烯是我國惡臭污染控制的八大受控物之一，楊斌彬采用先水熱后鹽酸改性的方法對海泡石進行改性，改性后海泡石對苯乙烯的飽和吸附量達132mg/g，升溫不利于吸附。
（15）海泡石萘處理材料
萘是一種稠環(huán)芳香烴，有毒，可致癌，Ozcan等采用十二烷基三甲基溴化銨改性海泡石，改性海泡石對萘的飽和吸附量為24.09mg/g，吸附為物理吸附。
?。?6）海泡石菲處理材料
菲是一種多環(huán)芳烴，微毒，穆森以季銨鹽型雙子表面活性劑對海泡石進行改性，改性海泡石對菲的去除率為90%以上，pH值和溫度會對吸附產(chǎn)生明顯影響，該項研究可為海泡石處理含有多環(huán)芳烴類污染物的廢水提供理論依據(jù)。
?。?7）海泡石十溴聯(lián)苯醚處理材料
十溴聯(lián)苯醚是一種具有難降解和生物蓄積性特點的污染物，母娜以HCl改性的海泡石為載體，制備的海泡石負載型納米零價鐵對水中十溴聯(lián)苯醚的去除率幾乎為100%。
?。?8）海泡石農(nóng)藥廢水處理材料
彭小悅等以海泡石吸附苯噻酰草胺，指出吸附不僅發(fā)生在表面層，還進入到內(nèi)層，且產(chǎn)生了鍵合，苯噻酰草胺通過氫鍵、電荷轉(zhuǎn)移、電荷-偶極鍵形式吸附在海泡石中。
王欣等利用微波輔助溶膠凝膠法制備出海泡石/TiO2復合催化劑，該催化劑對乙酰甲胺磷的光催化降解率可達19.6%。
?。?9）海泡石重金屬廢水處理材料
海泡石對重金屬離子有較好的吸附性，其主要吸附形式為表面絡(luò)合吸附和離子交換吸附。但海泡石原礦對重金屬去除能力有限，通常需要通過改性的方法提高其對重金屬的去除能力，常見的海泡石改性方法有酸改性、熱改性、酸－熱改性、有機改性和磁化改性。
混合重金屬離子：海泡石的空間結(jié)構(gòu)決定了它對不同重金屬的吸附性能是不一樣的，李琛等以磁改性海泡石處理含Pb2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+、As3+、Cu2+、Cd2+的鉛鋅冶煉廢水，各離子的去除率依次為83.69%、98.82%、97.35%、99.17%、99.62%、89.18%、96.30%。
鉻（Cr）：徐秋云等以Fe3+改性海泡石，改性海泡石對Cr6+的去除率達90%以上，飽和吸附量約為11mg/g。
鈷（Co）：Qiu等以Fe3O4對海泡石進行改性，該磁性海泡石對10.0mg/L含Co2+溶液中Co2+的吸附率達90%以上，吸附量為18.85mg/g。鎳（Ni）：李琛等利用HCl對海泡石改性，將其用于處理68.48mg/L的含Ni2+某電鍍生產(chǎn)廢水，Ni2+的去除率為98.39%。
銅（Cu）：Brigatti等采用酸改性的海泡石處理工業(yè)廢水，發(fā)現(xiàn)該改性海泡石吸附Cu2+的能力大于吸附Zn2+、Cd2+、Pb2+、Co2+的能力，處理后的廢水達到國際排放標準。
鋅（Zn）：劉菁等采用HCl對海泡石改性，發(fā)現(xiàn)酸改性可以起到去除海泡石中碳酸鹽雜質(zhì)、分散海泡石纖維束、擴大孔徑、增大海泡石比表面積的作用，導致改性海泡石可以吸附更多的Zn2+。
鎘（Cd）：楊勝科等研究發(fā)現(xiàn)海泡石可以將10mg/L的含Cd2+模擬廢水凈化至0.1mg/L以下，去除率達99%以上，吸附機理為吸附和離子交換共同作用。
汞（Hg）：謝婧如等采用價格低廉的巰基乙酸對海泡石進行改性，發(fā)現(xiàn)巰基改性可加快海泡石對Hg2+的吸附速率，對5mg/L含Hg2+溶液中Hg2+的最大去除率為93.67%、最大吸附量為3.256mg/g，吸附以物理吸附為主，同時伴有化學吸附。
鉛（Pb）：陳冰雁采用十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）和氯化鈉對海泡石進行改性，其對Pb2+的吸附量為200mg/g，明顯高于粉末活性炭、膨潤土、海泡石原土。
砷（As）：閆曉偉等采用熱處理法改性富鈣海泡石，發(fā)現(xiàn)800℃熱處理使富鈣海泡石分解為鈣氧化物和鈣硅化合物，增加了表面活性位，改性海泡石對As3+和As5+的最大理論吸附量分別為25.61mg/g和30.30mg/g，該研究對于處理農(nóng)村低濃度砷污染水體具有指導意義。
?。?0）海泡石磷污染廢水處理材料
張林棟等采用HCl和焙燒400℃復合改性法對海泡石進行改性，制備的海泡石除磷劑對95mg/L的模擬含PO43-廢水中磷的去除率為84.74%，除磷劑成型時NH4Cl的加入有助于提高海泡石的吸附性能，除磷劑的全交換吸附容量為33.52mg/g。
?。?1）海泡石硝酸鹽處理材料
硝酸鹽作為環(huán)境污染物廣泛存在于自然界中，嚴重危害人體健康，Ozturk等研究指出，經(jīng)HCl改性后的海泡石能夠有效去除水中的硝酸鹽，去除率可達96.7%。
?。?2）海泡石含氟廢水處理材料
劉祺采用HCl、AlCl3和焙燒綜合改性的方法對海泡石進行改性，改性海泡石對含氟模擬廢水的除氟率為86%，除氟后的廢水含氟量在5.7mg/L以下，低于國家排放的含氟量標準。
?。?3）海泡石放射性核素處理材料
放射性核素的核廢物的有效安全處理仍是一個世界性難題，Yu等采用化學共沉淀法制備出磁性Fe3O4/海泡石復合材料，復合材料對15.0mg/LEu3+的去除率為95%，對Eu3+的吸附容量為30.85mg/g，吸附機理為離子交換和表面絡(luò)合。
3、海泡石土壤污染治理材料
海泡石具有很大的比表面積和很強的吸附性能，對土壤重金屬污染治理具有良好的應用效果。
邸慧慧等將海泡石應用于Cd污染植煙土壤，指出植煙土壤施用海泡石后，可有效提高土壤的pH值，降低土壤中Cd的活性，抑制煙株對土壤中Cd的吸收。
方至萍等研究表明，施用海泡石可以顯著降低Pb和Cd混合污染土壤中有效態(tài)Pb和Cd的含量，同時也顯著降低了水稻根、莖、葉以及精米中重金屬Pb和Cd的積累，海泡石同時對重金屬Pb、Cd在土壤－水稻系統(tǒng)的遷移與分配具有較好的阻控作用。
周歆等研究了海泡石＋石灰石組配改良劑對Pb、Cd、Cu和Zn復合污染稻田的修復效果，指出施用該組配改良劑可使土壤中Pb、Cd、Cu和Zn交換態(tài)含量顯著降低，進而降低了糙米中Pb、Cd和Cu的累積量，但對糙米中Zn的含量沒有明顯影響。
李麗君等研究發(fā)現(xiàn)，在土壤中摻入適當用量的海泡石，可提高油菜生物量，抑制油菜對Cd、Pb、Cu、Zn的吸收。
4、海泡石大氣污染治理材料
海泡石不僅能夠用于治理水污染和土壤污染，還對有害、有毒或有惡臭的氣體具有很好的吸附性，因此也可被用于大氣污染的治理。
?。?）海泡石二氧化碳處理材料
目前，固體吸附劑由于比液體吸附劑具有更低的能源消耗、更高的吸附量和穩(wěn)定性等特點而受到廣泛關(guān)注，為了降低固體CO2吸附劑的成本，黏土礦物逐漸成為研究熱點。張華麗等以乙醇胺乙醇溶液和乙酸乙醇溶液制得離子液體，再以其對海泡石進行表面改性，改性后的海泡石孔面積和孔體積減小，孔徑增大，對CO2的吸附量由4.00%提高至16.12%。
鄭承輝等將國內(nèi)外鮮有研究的β－海泡石用于CO2吸附領(lǐng)域，采用浸漬法將四乙烯五胺負載至提純并酸改性的β－海泡石纖維上，發(fā)現(xiàn)鹽酸處理可使β－海泡石的比表面積由140.95m2/g提高至237.90m2/g，研制的固體吸附劑對CO2和N2混合氣氛下CO2的最大吸附容量為1.82mmol/g，且對CO2有快速的吸附能力，在吸附開始的5min內(nèi)吸附量可達最高吸附量的90%以上，吸附以化學吸附為主。
?。?）海泡石甲醛處理材料
甲醛被列為I類致癌物，是室內(nèi)空氣中影響人類身體健康的主要污染物。海泡石具有優(yōu)先吸附甲醛、笨、總揮發(fā)性有機化合物等有害氣體的特點，可被用于裝修污染治理、家居除異味和汽車內(nèi)空氣凈化等。
張韜等以H2SO4對海泡石進行改性，改性后的海泡石對甲醛的去除率可達94%，吸附機理為：海泡石表面存在大量Si—O—Si斷鍵、羥基以及離子取代所造成的負電位，其與強極性的甲醛氣體分子存在強大的靜電吸附作用，甚至表面形成化學鍵，所以海泡石能夠優(yōu)先吸附甲醛等氣體。
王青等以海泡石為載體、鈦酸四丁酯為前驅(qū)體，制備出稀土Eu2O3、Gd2O3摻雜TiO2/海泡石復合材料，指出共摻雜0.05%Eu3＋和0.05%Gd3＋復合材料的光催化效果最好，對甲醛的光催化降解能力可達93.9%。
?。?）海泡石氨氣處理材料
NH3是一種具有強烈刺激性臭味的氣體，具有毒性。張春霞等采用改性劑對海泡石進行改性，改性海泡石吸附NH3的吸附量為12.70mg/g，大于未改性海泡石和活性炭對NH3的吸附量。
?。?）海泡石二氧化硫處理材料
SO2是大氣主要污染物之一，是酸雨的主要來源。王繼徽等研究指出海泡石的品位越高，吸附SO2的能力則越強，經(jīng)HCl改性的海泡石對SO2的飽和吸附量為47.20mg/g，雖然遠低于分子篩對SO2的吸附量157.40mg/g，但具有吸附穿透曲線波幅小、傳質(zhì)段短、脫附溫度低、價格低的優(yōu)勢，通過進一步的研究，有望成為一種工業(yè)脫硫吸附劑。
上述可見，海泡石價格低、來源廣、儲量大、安全環(huán)保，比表面積大，具有良好的吸附性、流變性和催化性能，是一種潛力巨大的環(huán)保礦物材料，未來有望在環(huán)保污染治理方面發(fā)揮不可替代的作用。
參考資料：
[1] 張巍.海泡石及改性海泡石在水污染治理中的研究與應用進展[J].有色金屬科學與工程,2018,9(5):72-83.作者單位：派力固（大連）工業(yè)有限公司.
[2] 張巍.海泡石吸附混合污染物和氣態(tài)污染物的研究進展[J].中國礦業(yè),2019,28(2):126-132.
[3] 郭振華,劉中桃,楊帆,等.海泡石在廢水處理中的應用[J].環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟,2016:30-32.
更多精彩！歡迎掃描下方二維碼關(guān)注中國粉體技術(shù)網(wǎng)官方微信（粉體技術(shù)網(wǎng)）
|
