山東(dong)埃爾派(pai) | 點擊量(liang):0次 | 2019-12-03
凹凸棒石環保礦物材料
凹凸棒石(shi)是一(yi)種(zhong)天然的一(yi)維納米級含(han)(han)水富鎂鋁(lv)硅酸(suan)鹽黏(nian)土礦物,發(fa)達的孔道結構,內(nei)外比表面積(ji)大,以(yi)及結構中含(han)(han)有B、L酸(suan)位(wei)點,使其具(ju)有特殊的催(cui)化性(xing)能(neng)、載體性(xing)能(neng)、吸附性(xing)能(neng)、懸浮(fu)及流變性(xing)和(he)離子交換(huan)性(xing)等特性(xing),廣泛應(ying)用于大氣污染(ran)治理(li)、水污染(ran)治理(li)以(yi)及土壤修復等領域,被(bei)稱(cheng)為是理(li)想的環保材料。
1、凹凸棒(bang)石工業廢氣(qi)處理材料
以優(you)質凹(ao)凸棒原礦(kuang)配(pei)以適量的(de)(de)膨(peng)潤土為(wei)主(zhu)(zhu)要(yao)原料經過粉磨(mo)、造(zao)粒(li)(li)、焙燒,制成一種高強度的(de)(de)顆粒(li)(li),可用(yong)于吸附空氣中的(de)(de)有機(ji)磷、硫化氫及大(da)氣中痕量的(de)(de)氣態甲苯(ben)和丁醇,用(yong)于工廠、農(nong)牧場、罐頭廠、屠宰場、制革廠、汽車修配(pei)廠及貨棧等場所,能除去脂肪、油污和臭味(wei),以保持地(di)面或其他(ta)表面的(de)(de)環境清潔,與以活(huo)性炭(tan)為(wei)主(zhu)(zhu)要(yao)原料的(de)(de)同類產品(pin)相比,具有成本低、生產工藝(yi)簡單、不會產生二次污染等特點。
凹凸棒(bang)石黏土吸(xi)收液具(ju)(ju)有膠(jiao)體(ti)特性,還可改善碳煙顆(ke)粒(li)的(de)潤(run)濕性能,并對NOx、SO2的(de)氧(yang)化(hua)具(ju)(ju)有催化(hua)作(zuo)用,因而對尾氣中(zhong)的(de)碳煙顆(ke)粒(li)物、NOx、SO2等污染物具(ju)(ju)有良好的(de)脫除效(xiao)果。
2、凹凸棒石汽(qi)車尾氣處(chu)理材料
國內外(wai)的(de)許多研究表(biao)明,凹凸棒石對NOx、SO2、NH3等有害氣體具有較大的(de)吸(xi)附容(rong)量能(neng)迅(xun)速達到吸(xi)附平(ping)衡,且能(neng)反復再生,在汽車尾氣治(zhi)理(li)以及工(gong)業廢氣的(de)處理(li)方面等具有應用潛力,已有工(gong)業化應用的(de)實例(li)。
稀土改性凹(ao)凸(tu)棒(bang)石黏土吸收液更是一種較為(wei)理想的柴油機尾氣吸收劑(ji),對(dui)柴油機尾氣污(wu)染物(wu)的脫(tuo)除(chu)效果(guo)良好,實(shi)驗條件(jian)下,碳煙的脫(tuo)除(chu)率為(wei)71.3%,NOx的脫(tuo)除(chu)率可達90.6%,SO2和HC的脫(tuo)除(chu)率均>90%。
3、凹凸(tu)棒石室內空氣凈(jing)化材料
凹凸(tu)棒石因比表面(mian)積(ji)大、吸(xi)附(fu)性強,作為吸(xi)附(fu)過濾材料廣泛應用(yong)于(yu)凈化污染(ran)空(kong)氣。以凹凸(tu)棒土為主要原料制備(bei)的吸(xi)附(fu)干燥劑可用(yong)于(yu)環(huan)境(jing)的除濕,室(shi)內空(kong)氣的凈化。
4、凹凸棒石光催化材料(liao)
近年來,關于凹凸(tu)棒(bang)(bang)石(shi)做光催化(hua)(hua)劑(ji)載(zai)體的研究(jiu)逐(zhu)漸(jian)增多,把氧化(hua)(hua)劑(ji)固定在凹凸(tu)棒(bang)(bang)石(shi)上能夠增加催化(hua)(hua)劑(ji)的反應(ying)比表面積,使反應(ying)的速率和效率加快。凹凸(tu)棒(bang)(bang)石(shi)負載(zai)TiO2已有(you)大量的相關報道,負載(zai)方法也各異。溶(rong)膠-凝膠法制備(bei)的納米TiO2/凹凸(tu)棒(bang)(bang)石(shi)光催化(hua)(hua)復合(he)材料(liao),處理(li)有(you)色(se)(se)廢水等效果良(liang)好,脫色(se)(se)率高。
除TiO2外,金屬氧化物(wu)、尖晶石氧化物(wu)也可負載在凹凸棒石上作為光(guang)催化氧化劑(ji)。
5、凹凸棒石(shi)重金(jin)屬吸附材料
天然凹凸(tu)棒(bang)石常用(yong)于吸附(fu)(fu)去除(chu)水(shui)體中的Hg(II)、Cd(II)、Pb(II)等重(zhong)金屬離子(zi),但吸附(fu)(fu)量和(he)吸附(fu)(fu)速率有限(xian)。為提(ti)高凹凸(tu)棒(bang)石對重(zhong)金屬離子(zi)的吸附(fu)(fu)性(xing)能,通常采用(yong)酸活(huo)化、熱活(huo)化、硅烷偶聯劑(ji)和(he)離子(zi)液改性(xing)處(chu)理(li)等改性(xing),以去除(chu)凹凸(tu)棒(bang)石伴(ban)生雜質、疏通孔道、增大比表(biao)面積和(he)增加表(biao)面功(gong)能基團。
例(li)如,在(zai)水熱(re)環境下堿活化(hua)可(ke)以將凹凸棒(bang)石及伴生礦(kuang)轉(zhuan)變成(cheng)吸附(fu)能(neng)(neng)(neng)力(li)更強的(de)硅(gui)酸(suan)鹽,同(tong)時(shi)在(zai)表面形成(cheng)絡合能(neng)(neng)(neng)力(li)更強的(de)Si-O-基團,顯(xian)著提升(sheng)對(dui)重金屬離子的(de)吸附(fu)能(neng)(neng)(neng)力(li)。在(zai)凹凸棒(bang)石表面通過包覆(fu)或接枝有(you)機(ji)改性劑(ji)(尤其是聚合物),可(ke)以引入有(you)機(ji)官能(neng)(neng)(neng)團,可(ke)顯(xian)著提高凹凸棒(bang)石對(dui)重金屬離子的(de)吸附(fu)去(qu)除(chu)能(neng)(neng)(neng)力(li)。
6、凹凸棒石有機污染物吸附材料
除(chu)了重(zhong)金屬(shu)離子外,水體中工(gong)業用染料、殺(sha)蟲(chong)劑、抗生素等有機(ji)污(wu)染物的去(qu)除(chu)也已(yi)刻(ke)不(bu)容(rong)緩。凹凸(tu)棒石廣泛用于陽(yang)離子型(xing)有機(ji)污(wu)染物的吸(xi)附去(qu)除(chu)。
不(bu)同產地的(de)天然凹凸(tu)(tu)棒(bang)石(shi)的(de)組成、棒(bang)晶發育程(cheng)度和表面理(li)化性(xing)能差異較(jiao)大。研究發現,鎂(mei)含量較(jiao)低且具有(you)二八面體結構的(de)凹凸(tu)(tu)棒(bang)石(shi)的(de)吸附性(xing)能相(xiang)對較(jiao)好。
有(you)機化(hua)改性處理能更有(you)效地提(ti)高凹(ao)凸(tu)棒(bang)石(shi)對有(you)機分子的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)性能.目(mu)前研究(jiu)較多的(de)(de)(de)是將(jiang)(jiang)表(biao)面(mian)(mian)活性劑(ji)(如帶(dai)(dai)有(you)正電荷(he)的(de)(de)(de)季銨鹽(yan)或(huo)季鹽(yan))嵌入或(huo)包覆到凹(ao)凸(tu)棒(bang)石(shi)上,將(jiang)(jiang)親水(shui)的(de)(de)(de)凹(ao)凸(tu)棒(bang)石(shi)轉化(hua)為疏水(shui)的(de)(de)(de)有(you)機凹(ao)凸(tu)棒(bang)石(shi),或(huo)將(jiang)(jiang)帶(dai)(dai)負電的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)轉變為帶(dai)(dai)正電的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian),提(ti)高對有(you)機分子的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)能力。
7、凹凸(tu)棒(bang)石氨氮、磷酸根吸附材料(liao)
對于氨(an)(an)氮(dan)(dan)來講,國內學者早(zao)期就開展(zhan)了凹凸(tu)棒石去除氨(an)(an)氮(dan)(dan)的(de)相關(guan)研究工作(zuo)。Xiao等通過在(zai)凹凸(tu)棒石表(biao)面(mian)引發接枝聚丙烯氨(an)(an)酰胺,然(ran)后(hou)固載微生物實現了對水體中低濃度氨(an)(an)氮(dan)(dan)的(de)有效去除。
相(xiang)比氨(an)氮(dan)吸附(fu),由于凹凸(tu)棒石(shi)(shi)和磷(lin)酸根之間的電(dian)荷排斥(chi)作用(yong),其(qi)(qi)對磷(lin)酸根的去除效果較差(cha)但是富鈣的白云石(shi)(shi)型凹凸(tu)棒石(shi)(shi)對水體中(zhong)磷(lin)酸根具有優異的捕獲能力,尤其(qi)(qi)是熱活化(hua)處理后(hou)。
Yin等近年來(lai)專注(zhu)于研究江蘇(su)盱(xu)眙(yi)白云石(shi)凹凸(tu)棒石(shi)對富(fu)(fu)營(ying)養化湖泊(bo)中沉積物和水體(ti)中磷的吸附去除性能,發現(xian)熱(re)處理(li)富(fu)(fu)鈣凹凸(tu)棒石(shi)可(ke)以用作湖泊(bo)富(fu)(fu)營(ying)養化控制的鎖磷劑。
8、凹(ao)凸棒石霉菌毒素吸附材料
由于霉菌(jun)(jun)毒素(su)(su)具有不(bu)同的分子結(jie)構和(he)極性(xing),導致以凹凸(tu)棒石為(wei)主的霉菌(jun)(jun)毒素(su)(su)吸(xi)附劑(ji)的脫(tuo)毒能(neng)力(li)較低(di)。Zhou對(dui)比研究了蒙(meng)脫(tuo)石、凹凸(tu)棒石及凹蒙(meng)石對(dui)飼料中霉菌(jun)(jun)毒素(su)(su)和(he)營(ying)養(yang)物(wu)質的吸(xi)附行為(wei),發現(xian)凹蒙(meng)石對(dui)霉菌(jun)(jun)毒素(su)(su)的吸(xi)附能(neng)力(li)最佳,且對(dui)營(ying)養(yang)物(wu)質的吸(xi)附較弱。
王文波題組基于多年來對凹凸(tu)棒石結構(gou)和理化性能的認知,創制了玉米(mi)赤霉烯(xi)(xi)酮(tong)吸附劑,實現了對黃曲霉毒素和玉米(mi)赤霉烯(xi)(xi)酮(tong)的高效去(qu)除。
9、凹凸棒石細菌及病毒吸附材料
凹凸(tu)棒(bang)石(shi)還可用來處理某些細菌(jun)及(ji)病毒污(wu)染(ran)的(de)水體或土(tu)壤(rang),Hassen等對(dui)蒙脫土(tu)、凹土(tu)等吸附(fu)性試(shi)驗(yan)發現,凹凸(tu)棒(bang)石(shi)對(dui)大腸桿菌(jun)、假單胞菌(jun)具有很強(qiang)的(de)吸附(fu)性,吸附(fu)率分別達(da)98.2%和60%。
10、凹(ao)凸棒石抗菌材料
凹凸棒石(shi)具有良好(hao)的(de)吸附和離(li)子(zi)交換性能,可(ke)用作抗菌(jun)材料載體,目前的(de)研(yan)究主要集中在載銀、銅、鋅(xin)等金屬離(li)子(zi)型(xing)抗菌(jun)材料和利用二氧化鈦等光催化型(xing)的(de)無機抗菌(jun)材料。
Lei等通過離(li)子交換制備了凹(ao)凸(tu)棒(bang)石(shi)/姜精油納米雜化抗(kang)(kang)菌(jun)(jun)材(cai)料(liao),使其在發揮抗(kang)(kang)菌(jun)(jun)功能的同時具有良(liang)好的耐(nai)熱、耐(nai)酸堿性能。Cai等通過將十二(er)烷基(ji)三苯基(ji)溴化膦(lin)固載于凹(ao)凸(tu)棒(bang)石(shi)上有效(xiao)延長季鹽(yan)的抗(kang)(kang)菌(jun)(jun)時效(xiao),使該材(cai)料(liao)具有精準(zhun)的抗(kang)(kang)菌(jun)(jun)能力和較低的生物(wu)毒(du)性。
11、凹凸棒石環境(jing)催(cui)化材料
選(xuan)擇性(xing)催化(hua)還(huan)原脫硝(selective catalytic reduction,SCR)技術(shu)的(de)核(he)心是(shi)催化(hua)劑(ji)。二氧(yang)化(hua)鈦、活性(xing)氧(yang)化(hua)鋁(lv)和分子篩(shai)等載體有(you)(you)利于降低SCR催化(hua)反應溫度,但易受煙(yan)氣中(zhong)二氧(yang)化(hua)硫和水的(de)影響,難以實現工(gong)業應用。相比之下(xia),黏土礦物由于綠色無毒、具有(you)(you)獨特的(de)類(lei)分子篩(shai)層狀結構,在SCR催化(hua)劑(ji)載體方(fang)面(mian)具有(you)(you)不可比擬(ni)的(de)優勢(shi)。
Zhang等通(tong)過(guo)浸漬法(fa)(fa)制備了凹(ao)(ao)凸(tu)棒(bang)(bang)石負載錳(meng)氧化(hua)(hua)物催化(hua)(hua)劑(ji),具有較好的(de)(de)低溫SCR活(huo)性(xing),脫硝率可達95%。Yao等通(tong)過(guo)溶(rong)膠-凝膠法(fa)(fa)構筑了系列(lie)凹(ao)(ao)凸(tu)棒(bang)(bang)石基SCR催化(hua)(hua)劑(ji),發現通(tong)過(guo)離子(zi)摻雜可改善凹(ao)(ao)凸(tu)棒(bang)(bang)石負載鐵基鈣(gai)鈦礦型催化(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)SCR低溫催化(hua)(hua)活(huo)性(xing),尤其(qi)是V2O5協同改性(xing)有效(xiao)提(ti)高了表面化(hua)(hua)學吸(xi)附氧和(he)酸(suan)性(xing)位點的(de)(de)數(shu)量(liang),從而促(cu)進對NH3的(de)(de)吸(xi)附和(he)SCR的(de)(de)反應速率。
除(chu)大氣環境(jing)污(wu)染物,凹凸棒石基(ji)催(cui)化(hua)劑也廣泛(fan)用于水體有機污(wu)染物的催(cui)化(hua)降解。
12、凹凸棒石土壤污(wu)染(ran)修復材(cai)料(liao)
凹凸棒石(shi)獨特的吸附性能可以用在土(tu)壤(rang)污染(ran)修復中。許(xu)多研究者通(tong)過盆栽試驗驗證(zheng)了土(tu)壤(rang)中添(tian)加凹凸棒石(shi)可提高(gao)土(tu)壤(rang)的pH值,改(gai)善土(tu)壤(rang)酸性,有效降低植(zhi)株(zhu)對(dui)Cu、Zn、Cd等重金屬離子的吸收。
從資(zi)源的角度上如果(guo)將凹凸棒(bang)石應用(yong)到(dao)土壤污(wu)染的治理中不僅能夠(gou)為日益惡(e)劣的土壤污(wu)染提供(gong)廉價(jia)易得的天然礦物(wu)材料,而(er)且(qie)能夠(gou)促進(jin)礦物(wu)材料的開發與應用(yong)。
13、凹凸棒(bang)石河水(shui)污染治理材料
凹(ao)凸棒(bang)石及其活(huo)化產品對(dui)嚴重有機污(wu)染(ran)(ran)河水(shui)(shui)的(de)色度、揮發酚、油、NH3-N、CODcr等及陽極電泳(yong)漆廢水(shui)(shui)的(de)COD和色度均有明顯(xian)的(de)去除作用,當(dang)與某些(xie)混(hun)凝劑組合使(shi)用時(shi),對(dui)SS和COD的(de)凈化呈明顯(xian)的(de)增(zeng)強作用,從(cong)而使(shi)污(wu)染(ran)(ran)河水(shui)(shui)的(de)整體水(shui)(shui)質(zhi)大(da)大(da)改(gai)善,其中某些(xie)水(shui)(shui)質(zhi)指標可達到我國地面Ⅰ級、Ⅱ級的(de)質(zhi)量標準。
14、凹凸棒石固體廢物和放射性核廢物處(chu)理材料
凹凸棒石黏(nian)(nian)土是放(fang)射(she)性(xing)物(wu)質(zhi)和(he)有毒氣體(ti)極好的(de)吸附(fu)劑,能用于防原(yuan)子輻射(she)和(he)防化學武(wu)器,一旦燒結,便(bian)可阻(zu)止(zhi)放(fang)射(she)性(xing)物(wu)質(zhi)的(de)滲漏(lou),例如,用凹凸棒石黏(nian)(nian)土和(he)水泥使放(fang)射(she)性(xing)廢(fei)料固(gu)化,再(zai)用硅氧(yang)烷聚合物(wu)封(feng)裝,或直接埋入土中,均能達此(ci)目的(de)。
利(li)用天(tian)然(ran)礦物治理污(wu)(wu)染與修(xiu)復環(huan)境是建立(li)在(zai)充分利(li)用自(zi)然(ran)規(gui)律的(de)(de)(de)基礎上,體現(xian)天(tian)然(ran)自(zi)凈(jing)化的(de)(de)(de)特色。凹凸棒石黏土(tu)因具有較大的(de)(de)(de)比表面積而表現(xian)出良好的(de)(de)(de)吸附(fu)性,在(zai)污(wu)(wu)染治理和環(huan)境修(xiu)復領域中發揮著獨特的(de)(de)(de)作用,并在(zai)污(wu)(wu)染治理的(de)(de)(de)規(gui)模(mo)、成本(ben)、工(gong)藝、設(she)備(bei)、操作、效果及(ji)消除二次污(wu)(wu)染等方(fang)面具有明顯的(de)(de)(de)特點和較大的(de)(de)(de)優勢。
目前,美國等國已經可以生產超過100余種的凹凸棒石產品,我國凹凸棒石資源豐富,應加強凹凸棒石的理論研究,探明其高吸附性、氧化性以及改性機理(li);充(chong)分(fen)利用凹凸棒(bang)石(shi)的吸附性(xing)進行染料工業廢水、重金屬離子污染廢水以及土壤重金屬污染的治理(li);發揮其載體優勢制備(bei)更多可工業化應(ying)用的催化劑。
參考資料:
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