無機吸附劑在污水處理中的應(yīng)用研究

宋正偉（伊犁技師培訓學院煤化工系 新疆 伊犁 835000）

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和世界人口的急劇增長，全球?qū)?yōu)質(zhì)水的需求量也在不斷的增加。然而，水污染程度的增加以及飲用水標準的實施，使得水處理廠需采取有效技術(shù)來去除水中的污染物。在傳統(tǒng)的水處理技術(shù)中，吸附法以其經(jīng)濟可行性、高效性、便捷性，被廣泛的應(yīng)用于污水的凈化處理中?；钚蕴恳蚓哂懈叩谋缺砻娣e、多孔性和特殊的表面特性是目前污水處理技術(shù)中最為常見的一種吸附劑，并表現(xiàn)出較高的吸附容量。然而，高的成本和后處理工序中活性炭量的損失等缺陷，使科技工作者急需尋求更為經(jīng)濟高效的替代產(chǎn)品。

目前，對于高效吸附劑的研究與開發(fā)文獻已有報道。本文介紹了一系列天然或改性礦物類新型無機吸附劑，包括粘土、沸石和水滑石等，旨在報道吸附劑的最近研究進展和評估此類吸附劑在污水處理中的性能。

一、天然及改性礦物粘土

粘土是經(jīng)由硅酸鹽礦物在地球表面風化后形成的一種較為常見的地球礦物原料，其中以高嶺石和蒙脫石最為普遍。蒙脫石晶體歸屬于單斜晶系，是層狀結(jié)構(gòu)的含水硅酸鹽礦物，以2個Si-O四面體片和1個Al-O-OH八面體片所組成。通常在蒙脫石粘土四面體片上的Si4+常以Al3+取代，而八面體片上的Al3+由Mg2+或Zn2+等取代，使得其外表面產(chǎn)生不平衡的負電荷，產(chǎn)生陽離子交換性能，為此類材料在液相吸附中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

實驗研究發(fā)現(xiàn)，通過對天然粘土進行有機改性可以改變其表面的憎水或親水屬性，同時能夠增加本身與有機污染物（酚類化合物）的親和力。相反，通過對天然粘土的金屬聚合改性（Al/Fe聚合物），可形成一種凝固/吸附劑來凈化飲用水。因此，對粘土插入不同的有機官能團或聚合金屬位可形成一種新型的粘土吸附劑，并且聚合金屬型在水中的穩(wěn)定性高于有機型改性粘土。

二、水滑石

近年來，對于水滑石或水滑石類化合物的研究引起了科技工作者諸多的關(guān)注和青睞。水滑石材料屬于陰離子型層狀化合物，具有層狀結(jié)構(gòu)、層間離子可交換性的特性。

由水滑石的結(jié)構(gòu)可知，隔層之間的陰離子與正電荷使整個水滑石結(jié)構(gòu)保持電荷平衡，各層之間的陰離子可由其它一些陰離子所取代。因而可知，水滑石在陰離子交換方面表現(xiàn)出良好的性能，并且可以被用作離子交換器和吸附劑。

Wang等利用水滑石作為吸附材料來考察對污水中含有氧陰離子化合物鉻酸鹽的吸附處理能力。實驗研究發(fā)現(xiàn)，水滑石材料表現(xiàn)出良好的吸附應(yīng)用前景。在系列測試的水滑石材料中，以Ni-Al水滑石在Ni/Al比為 3:1時表現(xiàn)出最高的吸附效果。

三、天然及改性沸石

沸石是一類含有規(guī)整孔道和孔穴結(jié)構(gòu)的結(jié)晶硅鋁酸鹽，其內(nèi)部的空穴之間由孔道相互連接，孔道均勻，依據(jù)其晶體內(nèi)部空穴的大小對分子進行選擇性吸附，使得沸石具有一定的篩分性能。沸石作為一類多孔性功能材料，在傳統(tǒng)的吸附分離、離子交換和催化等工程科學領(lǐng)域存在著廣泛的應(yīng)用。

通常由化學試劑改性沸石(Fe3+,Al2O3等)和陽離子表面活性劑(HDTMA)對沸石進行改性處理，以提高沸石外表面活性，應(yīng)用于污水中陽離子、陰離子和非極性有機物的吸附處理。

Yusof等采用HDTMA改性后的Y型沸石材料來吸附處理水溶液中的Cr(VI)和As(V)離子。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，未改性的Y型沸石對廢水溶液中Cr(VI)和As(V)離子的親和力較弱，而經(jīng)表面活性劑改性后的Y型沸石材料表現(xiàn)出較高的吸附處理能力。在pH分別為3和8時，改型Y沸石對廢水溶液中的Cr(VI)和As(V)離子顯示出較高的吸附效率。吸附平衡數(shù)據(jù)很好的符合Langmuir吸附模型，吸附機理歸因于改性后的沸石自身擁有較低的硅鋁比，較高的外表面離子交換性能，是相應(yīng)的商業(yè)高硅鋁比沸石材料無法比擬的。

四、類沸石咪唑酯骨架材料

類沸石咪唑酯骨架結(jié)構(gòu)材料是以過渡金屬離子(Zn2+/Co2+)和含咪唑類衍生物構(gòu)筑的具有沸石拓撲結(jié)構(gòu)的一種新型多孔晶體材料，結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)新穎性和多樣性，具有孔大小可調(diào)、比表面積大等特點。借助材料本身優(yōu)良的特性，使其在CO2捕獲和存儲、氣體混合物分離方面的研究引起了科學研究者越來越多的關(guān)注。借助ZIFs材料自身的憎水性能和化學穩(wěn)定性能，對于其在液相吸附中的應(yīng)用逐漸引起了科研工作者的青睞。

Dong等[1]利用具有SOD拓撲結(jié)構(gòu)的ZIF-67和ZIF-8兩種類沸石咪唑酯骨架結(jié)構(gòu)材料研究了其對酸性紅151(AR151)染料廢水的吸附脫色作用。研究結(jié)果表明，ZIF-67和ZIF-8兩者對AR151的最大吸附容量分別為72.44mg/g和57.80mg/g,，并且較好地符合Langmuir吸附等溫線。

結(jié)論

綜上說述，借助粘土礦物、沸石、水滑石和ZIFs材料自身的獨特的結(jié)構(gòu)特性，使其在液相吸附應(yīng)用中具有顯著地效果，能有效去除污水中的無機和有機污染物，達到凈化水質(zhì)的效果，通過對此類材料在液相吸附中的應(yīng)用研究，拓展了其應(yīng)用范圍。

然而，其在液相吸附中的應(yīng)用研究僅僅局限于實驗室階段，對其工業(yè)化生產(chǎn)的使用亟待繼續(xù)開發(fā)。同時，提高此類吸附材料對目標污染物的選擇性吸附特性是科研工作者下一步要解決的問題。

[1]董晉湘,宋正偉,石琪,康小珍.ZIF-67和ZIF-8對酸性紅151的吸附脫色性能研究太原理工大學學報[J].2012,43(3):305-308.