從“可持續(xù)發(fā)展”到“綠水青山就是金山銀山”，污染物排放得到了有效的控制，但環(huán)境中已存的污染物還是不容小覷。由于吸附法可以有效的控制或去除環(huán)境中的污染物，近年來獲得了大量的關(guān)注，而凹凸棒石因其優(yōu)異的吸附性、膠體性、載體性也受到了研究者們的青睞。
1、凹凸棒石處理富營養(yǎng)化水體
水體富營養(yǎng)化是我國水環(huán)境最嚴重的問題之一。而磷作為主要限制因素之一，其含量的變化會直接影響水體富營養(yǎng)化進程。在外源磷的有效控制下，內(nèi)源磷釋放已成為當(dāng)前湖泊富營養(yǎng)化的重要來源，通過凹凸棒石等吸附性材料控制內(nèi)源磷的釋放，就可以有效緩解水體的富營養(yǎng)化。天然凹凸棒石黏土含有較多雜質(zhì)，實際應(yīng)用中一般都會將其進行適當(dāng)?shù)母男浴?br />
通過加熱改性，YIN等將700℃處理后的富鈣凹凸棒石（NCAP700）與富營養(yǎng)化湖泊沉積物進行共培養(yǎng)，結(jié)果表明NCAP700將表層沉積物中34.5%的移動態(tài)磷轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定態(tài)磷，有效抑制了磷的釋放，且在厭氧條件下也能顯著降低上覆水和底泥孔隙水中的磷通量和磷濃度。此外，NCAP700還能降低沉積物中磷的零平衡濃度，使沉積物從“磷源”轉(zhuǎn)為“磷匯”，即使在極堿環(huán)境下（pH＜11）仍能發(fā)揮良好的固定效果?；谶@些研究，YIN等利用柱實驗評估了熱改性凹凸棒石作為人工濕地基質(zhì)的可行性，發(fā)現(xiàn)當(dāng)水力停留時間為8h時，凹凸棒石對進水磷（9.74～11.4mg/L）的平均去除率達到了93.1%～95.4%，且在一定范圍內(nèi)，隨水力停留時間增大，除磷性能會增強。所以，熱改性凹凸棒石有望成為富營養(yǎng)化水體的除磷劑，或用于濕地生態(tài)修復(fù)和建造人工濕地。
金屬離子、金屬氧化物或氫氧化物負載到凹凸棒石上后也可以提高對磷的吸附性能。如將Ca2+和Al3+負載到凹凸棒石上，獲得的改性凹凸棒石對磷吸附容量達26.34mg/g。近年來，在鎖磷劑的推廣下，大量學(xué)者對鑭改性黏土礦物材料的除磷性能進行了研究。苗琛琛等制備的鑭改性凹凸棒石可以選擇性地吸附磷酸根，不受Cl-、NO3-、SO42-和CO32-等陰離子的影響，且在高溫30℃時的吸附量是低溫10℃時的兩倍，可用于控制高溫時節(jié)的水華爆發(fā)。而通過酸-熱-鑭復(fù)合處理法使凹凸棒石對磷的去除率由5.38%上升為70.1%，效果達原土的13倍。最新研究表明，YIN等制備的La-Al共改性顆粒凹凸棒石可以在較寬的pH范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的吸附性能，吸附機理主要是Al3+和La3+與磷酸根發(fā)生內(nèi)球絡(luò)合，從而穩(wěn)定表層沉積物，降低水體中的懸浮物、可溶性活性磷和總磷。
這些新型改性材料的制備拓寬了凹凸棒石及這些金屬、金屬氧化物/氫氧化物的應(yīng)用范圍，為排放污水的除磷處理和富營養(yǎng)化水體的生態(tài)修復(fù)都提供了高效經(jīng)濟的吸附材料。
2、凹凸棒石處理有機污染廢水
凹凸棒石及其改性材料對有機污染物（如結(jié)晶紫、亞甲基藍、苯酚等）優(yōu)異的吸附性能可有效應(yīng)用于有機廢水處理。
研究表明，凹凸棒石獨特的納米通道和內(nèi)孔道可以通過氫鍵和絡(luò)合作用將有機分子吸附于孔內(nèi)，形成穩(wěn)定的類瑪雅藍結(jié)構(gòu)，因此凹凸棒石對染料具有其他粘土礦物無法比擬的強親和力。然而，凹凸棒石與染料之間的強相互作用導(dǎo)致兩者即使在強酸、強堿或有機溶劑條件下也難以發(fā)生解吸附。這使吸附了染料的凹凸棒石轉(zhuǎn)變成一種新的固體廢物。所以，近年來研究可循環(huán)利用的改性凹凸棒石成為了一種新趨勢。
WANG等以負載染料的凹凸棒石黏土廢料為原料，制備了一種環(huán)保型的硅酸鹽/碳復(fù)合吸附劑，該復(fù)合吸附劑對四環(huán)素、結(jié)晶紫和亞甲基藍的最大吸附容量可達319.8、244.4、281.7mg/g。張建民等采用溶劑熱法制備的新型磁性氧化石墨烯-凹凸棒石復(fù)合材料，對亞甲基藍的去除效率達98.64%，且對實驗完的磁性復(fù)合材料用磁鐵進行分離回收，回收率達98.67%。以上兩種新型復(fù)合材料不僅對有機物具有極高的凈化潛力，而且解決了廢棄凹凸棒石的污染問題，可作為紡織印染廢水和抗生素廢水凈化的理想吸附劑。
針對抗生素、苯酚、甲醛這類有機物，往往需要對凹凸棒石進行有機改性。如用十六烷基三甲基溴化銨改性后的凹凸棒石，對四環(huán)素、土霉素、金霉素的吸附容量都明顯增大。負載了十二烷基三甲基氯化銨的凹凸棒土對水中苯酚的吸附量比原石提高了近12倍，吸附速率也大大提高。
3、凹凸棒石處理重金屬污染廢水
玻璃廠、電池廠等企業(yè)在生產(chǎn)過程中排放的污水常常含有大量金屬離子，而重金屬作為一種致癌物，會對生物的健康構(gòu)成嚴重威脅。污水中的重金屬離子基本無法通過微生物降解，當(dāng)前處理重金屬離子污水最有效的方法就是吸附法。改性后的凹凸棒土可以對多種金屬陽離子如Cr6+、Pb2+、Cd2+、Ni2+、Cu2+等具有優(yōu)異的吸附性能。
在凹凸棒石對重金屬的吸附研究中，應(yīng)用凹凸棒石吸附鉻的研究最多。孔明等的研究表明天然凹凸棒黏土對Cr6+的理論最大吸附量為67.57mg/g，將凹凸棒石添加到含重金屬的底泥中后，底泥中的鉻由不穩(wěn)定的酸溶態(tài)和可還原態(tài)轉(zhuǎn)化為了穩(wěn)定的可氧化態(tài)和殘渣態(tài)，表明凹凸棒石可以吸附和固定重金屬。而王家宏等利用偶聯(lián)劑將重金屬螯合劑四乙烯五胺修飾在凹凸棒土表面，制得的復(fù)合材料對Cr6+最大吸附量達到了270.8mg/g。
迄今為止，凹凸棒石處理水中重金屬的研究主要側(cè)重于單一的金屬離子，同時處理不同金屬的改性研究相對較少。李春俠等制備的凹凸棒土負載硫化納米零價鐵復(fù)合材料，則可以同時去除Cu2+和As3+，且在pH=2～11的范圍內(nèi)對Cu2+的去除率均穩(wěn)定在85.2%以上。此外，HUANG等采用水熱焙燒法制備的MgO-ATP吸附劑能同時吸附Pb2+和Cd2+，最大吸附量分別為127.6、25.3mg/g，比原凹凸棒石提高了2～3倍，有望成為一種性能優(yōu)良的重金屬污染環(huán)境修復(fù)吸附劑。
凹凸棒石及其改性材料對重金屬展現(xiàn)出的超強固定能力，得益于物理吸附、靜電作用、陽離子交換、活性羥基作用以及石灰效應(yīng)的綜合作用。首先，凹凸棒石巨大的比表面積和高孔隙率為金屬離子提供了更多的物理位點，而結(jié)構(gòu)中存在的大量活性羥基，又可以與重金屬形成配體，同時，晶格中的Si4+被Al3+和Fe3+取代后使其表面帶有少量的負電荷，可通過靜電作用吸附重金屬。此外，當(dāng)與重金屬接觸時，凹凸棒石礦層間存在的無機陽離子可以通過陽離子交換吸附金屬離子。而凹凸棒石的石灰效應(yīng)又可以提高基質(zhì)中的pH，降低金屬溶解度，進一步促進金屬沉淀。
4、凹凸棒石在生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域的研究
凹凸棒石和膨潤土、麥飯石等礦物材料在結(jié)構(gòu)和組成上非常相似。已有研究表明，將改性膨潤土、麥飯石、多孔陶瓷濾球等作為底質(zhì)改良材料用于富營養(yǎng)化湖泊生態(tài)修復(fù)時，會和沉水植物如苦草、黑藻等發(fā)揮協(xié)同作用。黏土礦物材料在吸附磷的同時可幫助沉水植物定植，為根系微生物提供大量附著位點，而其含有豐富的常量和微量元素，又可以改善沉積物微環(huán)境，促進沉水植物的生長，沉水植物生長會直接吸收水體和底泥中的磷，兩者共同作用有效控制富營養(yǎng)化水體中過剩的磷，加快了水體修復(fù)的進程。凹凸棒石從結(jié)構(gòu)和性質(zhì)來看，也具備這種生態(tài)修復(fù)的潛能，且其除磷效果絲毫不亞于改性膨潤土等材料，但目前國內(nèi)外關(guān)于這方面的研究都很缺乏。
目前，凹凸棒石主要還是作為干燥劑、增稠劑、填充劑等產(chǎn)品來使用，雖然已有大量學(xué)者采用不同的改性方法制備了吸附效果更佳的功能化凹凸棒石，但無論是廢水處理還是生態(tài)修復(fù)，實際投入使用的并不多。其中部分原因在于研究者對改性凹凸棒石只進行了吸附性能實驗，并未通過長期的共培養(yǎng)實驗評估其對各環(huán)境指標(biāo)的影響。所以，后期的研究若能夠涉及到改性凹凸棒石長期應(yīng)用的效果評價，將會大大促進新型材料的推廣。
資料來源：《王柔,鄒羿菱云,丁子卯,等.凹凸棒石的改性及其在水環(huán)境領(lǐng)域的研究和應(yīng)用[J].水處理技術(shù):2022》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉(zhuǎn)載請注明出處！
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