探討利用改性膨潤(rùn)土處理廢水中染料的處理方法

　　 膨潤(rùn)土又稱膨潤(rùn)巖或斑脫巖，是以蒙脫石為主要成分的細(xì)粒硅酸鹽黏土礦物，膨潤(rùn)土的性質(zhì)主要取決于蒙脫石的性質(zhì)。蒙脫石是一種層狀結(jié)構(gòu)、片狀結(jié)晶的硅酸鹽黏土礦，其構(gòu)成分子式為（Na，Ca）0.33（Al，Mg）2Si4O10（OH）2·nH2O，它由兩層硅氧四面體夾一層鋁氧八面體組成的2∶1 型晶體構(gòu)成。蒙脫石八面體中的Al3+可被Mg2+、Na+等置換，四面體中的Si4+可被Al3+等置換，這就使得蒙脫石能形成永久性負(fù)電荷，從而具有較強(qiáng)的離子交換性能，可吸附其他離子以保持電荷平衡。另外，膨潤(rùn)土較大的比表面積和良好的膨脹性也使其具有較強(qiáng)的吸附能力。但是天然膨潤(rùn)土表面通常存在一層薄的水膜，限制了膨潤(rùn)土對(duì)疏水性有機(jī)物的有效吸附，因此，采用不同的改性方法對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行處理，并利用改性膨潤(rùn)土處理染料廢水具有重要的研究意義。

　　1 天然膨潤(rùn)土的改性

　　膨潤(rùn)土的改性方法主要包括活化法和添加改性劑法。其中活化法主要有酸活化法、高溫焙燒法、微波活化法、鹽活化法、氫化法、鈉化法、氧化法、還原法等，添加改性劑法主要有無(wú)機(jī)改性法、有機(jī)改性法和無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合改性法等。

　　1.1 活化法

　　活化法指利用某種改性劑對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行活化，以提高膨潤(rùn)土的吸附性能。常用的活化法中，酸活化法、焙燒法和鹽活化法以其操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。

　　1.1.1 酸活化法

　　酸活化法是利用硫酸、鹽酸、硝酸、草酸等對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行活化。膨潤(rùn)土經(jīng)酸活化后，層間的Na+、Mg2+等轉(zhuǎn)化為可溶性鹽類溶出，同時(shí)，膨潤(rùn)土結(jié)構(gòu)通道中的雜質(zhì)也被溶解，從而增大了膨潤(rùn)土層間距、孔道容積，進(jìn)而增強(qiáng)了其吸附性能。B. Benguella 等〔1〕用硫酸對(duì)天然膨潤(rùn)土進(jìn)行活化，并利用改性后的膨潤(rùn)土吸附兩種酸性染料，數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)酸活化后，膨潤(rùn)土比表面積由23 m2/g 增大到56 m2/g。

　　1.1.2 高溫焙燒法

　　高溫焙燒法主要是將膨潤(rùn)土在一定的溫度下焙燒一段時(shí)間，使其失去表面水、吸附水和結(jié)合水，從而減少膨潤(rùn)土水膜對(duì)污染物的吸附阻力，進(jìn)而提高膨潤(rùn)土的吸附性能。趙大傳等〔2〕將膨潤(rùn)土在馬弗爐內(nèi)以30 ℃/min 的速率升至一定溫度后焙燒2 h，并利用焙燒膨潤(rùn)土處理活性翠藍(lán)KN-G 染料模擬廢水，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)焙燒溫度為450 ℃時(shí)，膨潤(rùn)土的表面水及空隙中的一些雜質(zhì)已基本除去，此時(shí)膨潤(rùn)土的吸附性能達(dá)到最佳。

　　1.1.3 鹽活化法

　　鹽活化法是將膨潤(rùn)土置于鈉、鎂、鋁、銅、鐵、鋅等鹵化物、硝酸鹽溶液中，通過(guò)攪拌、過(guò)濾、洗滌、烘干等處理，制得鹽改性膨潤(rùn)土。這些金屬離子與膨潤(rùn)土層間硅氧四面體的負(fù)電荷結(jié)合而使得膨潤(rùn)土層間陽(yáng)離子具有可交換性。E. Eren 等〔3〕用Ni2+、Co2+、Zn2+對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性，結(jié)果表明，金屬陽(yáng)離子進(jìn)入到膨潤(rùn)土層間，使得層間孔隙直徑增大，離子可交換性增強(qiáng)；另外，在層間溶劑的作用下，膨潤(rùn)土片狀晶體剝離、分散成更薄的單晶片，增大了膨潤(rùn)土比表面積。何冰月等〔4〕采用硫酸鋁和硝酸銀對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性，制得Al-Ag 鹽改性膨潤(rùn)土，并利用這種改性膨潤(rùn)土分別處理4 種染料廢水。結(jié)果表明，Al-Ag鹽改性膨潤(rùn)土顆粒具有大量結(jié)構(gòu)復(fù)雜的微孔，其內(nèi)外表面上含有許多催化性很強(qiáng)且能使染料分子轉(zhuǎn)變?yōu)檩^小分子的鋁離子和銀原子，這種改性膨潤(rùn)土不僅能吸附染料分子，還可催化降解染料分子。

　　1.2 添加改性劑法

　　通過(guò)添加改性劑來(lái)對(duì)膨潤(rùn)土改性的方法，按改性劑的性質(zhì)可分為無(wú)機(jī)改性法、有機(jī)改性法及無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合改性法。其中有機(jī)改性法是目前的研究熱點(diǎn)，其改性后產(chǎn)品對(duì)印染廢水的吸附效果也較好。

　　1.2.1 無(wú)機(jī)改性法

　　無(wú)機(jī)改性法是指利用無(wú)機(jī)金屬陽(yáng)離子聚合物進(jìn)入膨潤(rùn)土層間而制得改性膨潤(rùn)土的方法。無(wú)機(jī)改性膨潤(rùn)土也叫無(wú)機(jī)交聯(lián)膨潤(rùn)土或無(wú)機(jī)柱撐膨潤(rùn)土。天然膨潤(rùn)土經(jīng)無(wú)機(jī)改性后，層間距增大，比表面積也增大，其吸附性能得到極大的提高。Qinyan Yue等〔5〕用聚環(huán)氧氯丙烷二甲銨陽(yáng)離子聚合物對(duì)膨潤(rùn)土改性，制得陽(yáng)離子聚合物改性膨潤(rùn)土，并利用其吸附分散型染料及活性染料，結(jié)果表明：陽(yáng)離子聚合物進(jìn)入到膨潤(rùn)土層間并將其層間距擴(kuò)大； 相比于天然膨潤(rùn)土，改性膨潤(rùn)土疏水性更強(qiáng)；膨潤(rùn)土經(jīng)聚合物改性后，其表面帶正電，有利于其吸附廢水中陰離子型有機(jī)污染物。

　　1.2.2 有機(jī)改性法

　　有機(jī)改性法指采用不同的有機(jī)季銨鹽對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性的方法。有機(jī)季銨鹽通過(guò)離子交換作用與膨潤(rùn)土鈉或鈣離子反應(yīng)，從而將有機(jī)成分引入膨潤(rùn)土，使得膨潤(rùn)土從親水疏油性變成親油疏水性。李振興等〔6〕使用十六烷基三甲基溴化銨對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性，制得有機(jī)改性膨潤(rùn)土，并利用其吸附直接黑染料，分析結(jié)果表明，膨潤(rùn)土經(jīng)有機(jī)改性后，疏水性增強(qiáng)，改性劑進(jìn)入膨潤(rùn)土層間，膨潤(rùn)土層間距增大。