硅藻土的應(yīng)用和發(fā)展

樊新碩等

摘要：闡述分析了硅藻土的特性，介紹硅藻土在實(shí)際水處理等方面的研究與應(yīng)用情況。結(jié)合相關(guān)研究與工程應(yīng)用情況，分析了硅藻土在水處理應(yīng)用中針對(duì)不同污染物的處理狀況和存在的問題，并對(duì)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：硅藻土；水處理；吸附

近年來，隨著工業(yè)化、城市化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，水污染情況不容樂觀，且嚴(yán)重威脅到居民的生活健康。由于硅藻土是一種很好的吸附材料，且我國廣泛存在[1]，所以在水處理方面硅藻土被廣泛應(yīng)用。本文綜述了硅藻土在不同性質(zhì)污水方面的應(yīng)用。

1.硅藻土的性質(zhì)

硅藻土源自古代低等單細(xì)胞植物硅藻[2]。硅藻土是一種硅質(zhì)巖石，主要分布在中國、美國、丹麥、法國、羅馬尼亞等國。是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖，它主要由古代硅藻的遺骸所組成。

硅藻土呈弱酸性，可以和堿發(fā)生反應(yīng)，是一種固態(tài)酸。硅藻土表面的多孔性致使其呈現(xiàn)明顯表面吸附性[1-2]。硅藻土表面還存在有大量的硅羥基及氫鍵[2]，這些硅羥基及氫鍵同時(shí)存在于硅藻土眾多的微孔之中，這也是其擁有吸附性能的重要原因。

2.硅藻土的應(yīng)用

2.1硅藻土除重金屬

通過研究硅藻土吸附 Pb2 +、Cd2 +的影響因素，發(fā)現(xiàn)硅藻土離子初始濃度、溶液 pH值、投加量和吸附時(shí)間均對(duì)硅藻土吸附Pb2 +、Cd2+ 有著重要的影響[3]。隨著離子初始濃度的提高，投加量的減少，H值的增大，吸附時(shí)間的增長(zhǎng)，硅藻土對(duì)Pb2 +、Cd2 + 吸附量不斷上升。

硅藻土能充分將土壤中交換態(tài)的鉛轉(zhuǎn)化為殘?jiān)鼞B(tài)，施加硅藻土不會(huì)對(duì)有機(jī)質(zhì)和土壤 pH值等理化性質(zhì)造成大的影響；硅藻土對(duì)Pb2+的吸附過程控制步驟是孔道內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)；硅藻土對(duì) Pb2+的吸附動(dòng)力學(xué)屬性符合偽2級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，等溫吸附符合 Langmuir模型，最大吸附量qm為 10.428 mg/g[4]。硅藻土可以固定土壤中的鉛，并降低其生物有效性，因此硅藻土可有效改良鉛污染的土壤。

作為一種良好的天然吸附材料，硅藻土已被廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染治理與修復(fù)中，但由于自身理化結(jié)構(gòu)上有很大的缺陷，極大地限制了其吸附性能的發(fā)揮，因此需要對(duì)其進(jìn)行改性[3-4]。對(duì)硅藻土吸附重金屬離子的機(jī)制研究，成為硅藻土改性的理論依據(jù)和技術(shù)來源。

2.2改性硅藻土除氮磷

硅藻土 （Diatomite）的主要成分為SiO2，是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖，具大比表面積、多孔及化學(xué)穩(wěn)定等特性[2]。工業(yè)上應(yīng)用較廣，但很少應(yīng)用于自然狀態(tài)下富營養(yǎng)化水體的吸附除磷及底泥改性的研究。目前在國內(nèi)外的相關(guān)研究中，將硅藻土與其它具有特殊吸附性能的礦物進(jìn)行有機(jī)配合，利用協(xié)同作用原理，研制出新的硅藻土復(fù)合吸附劑，或者通過硅藻土改性研究（如采用微波處理，焙燒處理，酸處理等），能在一定程度上提高硅藻土處理廢水效果，同時(shí)擴(kuò)大了硅藻土的應(yīng)用范圍[5]。

以硅藻土原土為原料，通過堿洗及浸漬負(fù)載羥基氧化鐵對(duì)其進(jìn)行改性，利用 SEM、XRD及物理吸附儀對(duì)改性硅藻土的形貌、比表面積等進(jìn)行表征，并研究了改性硅藻土對(duì)富營養(yǎng)化水體中磷的吸附性能[6-7]。彭進(jìn)平等[6]認(rèn)為 （1）改性后，硅藻土雜質(zhì)元素減少，孔徑明顯增大，比表面積增大23倍，并有效負(fù)載了β-FeO（OH）；（2）其對(duì)磷的吸附受溫度及 pH 值的影響，溫度越高，達(dá)到吸附平衡時(shí)間越短，吸附容量也越大；在 pH 值為 4～11 之間，吸附容量隨 pH 的增大而減?。唬?）改性硅藻土對(duì)磷的吸附的擬二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程能準(zhǔn)確地描述這一吸附過程（4）改性硅藻土在富營養(yǎng)化水體中對(duì)磷的吸附行為，符合Freundlich 等溫線方程，其吸附過程為物理吸附，該吸附過程是自發(fā)的吸熱物理過程，各溫度下的自由能變 （ΔG）均小于零，熵變 （ΔS）均為正值，吸附過程焓變 （ΔH）為 39.949kJ/mol。

段寧等[7]認(rèn)為氨氮在硅藻土復(fù)合吸附劑上吸附熱力學(xué)分析表明，復(fù)合吸附劑吸附氨氮反應(yīng)的焓變△Ho > 0，表明該吸附反應(yīng)為吸熱過程；吉布斯自由能變△Go < 0，表明該反應(yīng)是自發(fā)進(jìn)行的；表觀活化能 Ea 接近 40 kJ /mol，表明復(fù)合吸附劑對(duì)氨氮的吸附過程同時(shí)存在物理吸附和化學(xué)吸附，其中物理吸附占主導(dǎo)作用；

2.3 改性硅藻對(duì)有機(jī)燃料的吸附

應(yīng)用普通的化學(xué)或生物處理方法很難去除染料廢水，而吸附工藝在染料廢水處理方面的應(yīng)用具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，日前受到人們廣泛的關(guān)注。新型吸附劑也逐步開始廣泛應(yīng)用到印染廢水處理中，而硅藻土成為目前使用最為廣泛的吸附劑。

以天然硅藻土分別負(fù)載十六烷基三甲基溴化銨（CTMAB）、四甲基溴化銨（TMAB）和殼聚糖，制得一系列改性硅藻土，研究了改性硅藻土吸附水中的陰離子染料（活性紅 120）、陽離子染料（亞甲基藍(lán)）、酸性染料（玫瑰紅 B）的適宜條件及吸附機(jī)理.結(jié)果表明，天然硅藻土對(duì)亞甲基藍(lán)、四甲基溴化銨改性硅藻土對(duì)玫瑰紅 B 和殼聚糖改性硅藻土對(duì)活性紅 120 的飽和吸附量分別為 51.15、49.56、56.64 mg/L[8]，效果良好，可被直接利用.延長(zhǎng)吸附時(shí)間、增大吸附劑用量、控制溶液的 pH 值（< 6）能提高改性硅藻土吸附劑的吸附效果；3 種染料在各自吸附劑上的平衡吸附量 Qe與平衡濃度 Ce之間的關(guān)系均符合 Freundlich 等溫吸附方程，表明改性硅藻土吸附染料以分配作用、弱的溶質(zhì)吸收為主.改性劑的引入可以改變硅藻土的表面電性，從而對(duì)不同類型染料的吸附能力產(chǎn)生不同影響.

3.結(jié)語

我國擁有豐富的硅藻土資源，便宜，又因?yàn)槠鋬?yōu)良的吸附特性，使得硅藻土在水處理中有很好的利用。雖然我國硅藻土量多但質(zhì)量較差，需要進(jìn)行改性，以提高硅藻土的吸附效果。為了達(dá)到高效再利用的目的，應(yīng)對(duì)硅藻土的再生方法及條件進(jìn)行研究。另外，硅藻土可以與生物工藝相結(jié)合，形成有效地組合處理工藝。（作者單位：西安建筑科技大學(xué)）

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