高嶺土在水處理中的應(yīng)用研究進(jìn)展

陳 平，龔鵬程

（東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318）

高嶺土是一種存在于大自然中的礦物質(zhì)，我們國(guó)家高嶺土資源非常豐富，高嶺土具有較強(qiáng)的吸附性能，同時(shí)高嶺土內(nèi)部含有多種金屬元素，用于制備水處理試劑，本文對(duì)高嶺土在水處理中的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)，希望對(duì)他人能夠有所幫助。

1 制備吸附劑

在水處理中，吸附是一種比較有效的處理方法，但礙于吸附劑成本高，在推廣中難度較大。高嶺土作為一種礦物質(zhì)，在我國(guó)資源豐富，同時(shí)由于其具有較強(qiáng)吸附性能而在水處理中得到較多應(yīng)用。韓軍等[1]使用高嶺土作為吸附劑處理重金屬蒸汽，構(gòu)建了吸附過(guò)程模型，研究吸附劑對(duì)重金屬的吸附分布規(guī)律，結(jié)果表明,高嶺土顆粒大小對(duì)吸附過(guò)程影響很大，顆粒越小吸附速度越快。萬(wàn)鷹昕等[2]使用高嶺土對(duì)稀土元素進(jìn)行吸附處理并考察了影響因素，結(jié)果表明，吸附過(guò)程很快能夠進(jìn)入平衡狀態(tài)，且滿(mǎn)足朗格繆爾等溫吸附。張作金等[3]以三級(jí)高嶺土為原料，采用單因素法分析高嶺土用量、溫度、亞甲基藍(lán)濃度、脫色時(shí)間及pH值對(duì)高嶺土脫色性能的影響。結(jié)果表明，25℃亞甲基藍(lán)初始濃度20mg·L-1、高嶺土用量0.08g、pH值為8、吸附時(shí)間80min實(shí)驗(yàn)條件下，發(fā)現(xiàn)高嶺土對(duì)亞甲基藍(lán)的脫色率可達(dá)到69.45%。梁艷等[4]研究了3種重金屬離子鎘（Cd2+）、鉛（Pb2+）和銅（Cu2+）在土壤中廣泛存在的高嶺土于不同理化條件下的吸附行為特性，結(jié)果表明，在恒溫條件下吸附達(dá)平衡后，高嶺土對(duì)Cd2+、Pb2+、Cu2+的吸附率均大于70%；當(dāng)反應(yīng)體系pH值大于7.0時(shí)，高嶺土對(duì)這3種離子的吸附率均可達(dá)90%以上；當(dāng)離子強(qiáng)度大于0.05mol·L-1時(shí)，吸附率降低近一半。

更多的學(xué)者在天然高嶺土的基礎(chǔ)上，進(jìn)行改性處理，提高高嶺土的吸附性能。周麗萍[5]等采用有機(jī)試劑合成了具有氨基的高嶺土吸附劑，進(jìn)行了改性前后高嶺土對(duì)Pb（II）的對(duì)比吸附試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明，改性處理后高嶺土吸附劑很快能夠達(dá)到吸附平衡，溶液的酸堿度對(duì)吸附過(guò)程影響較大。黃明等[6]采用化學(xué)方法制取了磁性高嶺土，研究了吸附劑用量、pH值、時(shí)間對(duì)磁性高嶺土吸附Pb2+的影響，并進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明，吸附很快達(dá)到平衡，Pb2+的去除率達(dá)到99%以上。李淦等[7]通過(guò)堿活化的方法對(duì)天然高嶺土進(jìn)行改性，制備高嶺土基吸附劑，通過(guò)靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)考察了其對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附行為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與天然高嶺土相比，堿活化高嶺土的結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯改變，進(jìn)而影響了其吸附亞甲基藍(lán)的性能，去除率可達(dá)97%。郭春芳等[8]采用酸性試劑處理高嶺土，并分別研究平衡時(shí)間、高嶺上用量、pH值對(duì)Cr（VI）在酸改性高嶺土上吸附性能的影響。結(jié)果表明，酸改性高嶺土對(duì)Cr（VI）具有較強(qiáng)的吸附能力。牛三鑫等[9]使用高嶺土、殼聚糖制備了殼聚糖涂層高嶺土材料（CAK），探討了高嶺土與殼聚糖質(zhì)量比等多因素對(duì)剛果紅吸附性能的影響。結(jié)果表明，CAK在質(zhì)量比為2∶1，pH值為3，接觸時(shí)間60min，染液初始濃度為400mg·L-1吸附條件下，對(duì)剛果紅有優(yōu)異的吸附性能，剛果紅去除率99%。馬爽等[10]對(duì)比Zn2+、苯酚、CTAB單元和復(fù)合污染物在煅燒高嶺土上的吸附，探討了在不同投加量和pH值條件下復(fù)合污染共存在煅燒高嶺土上的吸附效果。結(jié)果表明：Zn2+和CTAB產(chǎn)生某種特殊反應(yīng)，促進(jìn)了污染物質(zhì)的吸附。

2 制備催化劑載體

高嶺土具有較強(qiáng)吸附性能，與其多孔結(jié)構(gòu)相關(guān)，多孔結(jié)構(gòu)也可以作為光催化劑的載體，提高光催化劑的催化性能。姜三營(yíng)等[11]以高嶺土為載體、鈦酸丁酯為鈦源，合成了高嶺土負(fù)載的納米TiO2光催化劑，采用染料廢水作為目標(biāo)污染物進(jìn)行了光催化氧化處理。結(jié)果表明，復(fù)合光催化材料對(duì)染料分子的去除率與反應(yīng)時(shí)間成正比，受多種因素控制；當(dāng)TiO2負(fù)載量為5mmol·g-1、投入量為2g·L-1、MB溶液為10mg·L-1時(shí)，暗反應(yīng)吸附1h、光催化90min后對(duì)MB的去除率可達(dá)89.26%，顯示出較好的光催化性能和去除效果。牛鳳興[12]以Zn（NO3）2·6H2O，C2H2O4和高嶺土為原料，應(yīng)用化學(xué)法制備了負(fù)載高嶺土的ZnO光催化劑，以染料廢水為處理物，關(guān)注了催化劑的用量、高嶺土的負(fù)載量、煅燒溫度以及亞甲基藍(lán)的初始濃度對(duì)其光催化性能的影響。結(jié)果表明，煅燒溫度為300℃、高嶺土負(fù)載量為30%的ZnO光催化活性最好。孫雪芳等[13]以煤系高嶺土為主要原料制備超細(xì)分子篩，并負(fù)載過(guò)渡金屬鎳和鉆，最終制成鎳鈷負(fù)載超細(xì)復(fù)合分子篩光催化劑，用于降解亞甲基藍(lán)。結(jié)果表明，在pH值為9的條件下，用光源為20W紫外線消毒燈照射2h，亞甲基藍(lán)溶液的吸光度明顯下降，亞甲基藍(lán)的降解率達(dá)到97%以上。李雪等[14]以水洗高嶺土為載體，乙酸鎘和Na2S為CdS前驅(qū)體，制備出一種可見(jiàn)光響應(yīng)的新型高嶺土基復(fù)合光催化材料，考察了不同催化劑的可見(jiàn)光光催化活性。結(jié)果表明，復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)了CdS粒子在高嶺土片層結(jié)構(gòu)上的緊密復(fù)合與有效分散，有效地抑制了光生載流子的復(fù)合，進(jìn)而改善CdS光催化材料的光腐蝕性能，提高材料的光催化效率。徐杰等[15]以疏基乙酸鈉作為硫源和高嶺土改性劑合成了疏基高嶺土/CeO2-CdS催化劑，并以降解結(jié)晶紫，結(jié)果表明，在50mL結(jié)晶紫濃度為10mg·L-1的溶液中，添加0.1g最優(yōu)催化劑后，采用350W氙燈對(duì)其光照150min時(shí)，結(jié)晶紫的降解率為95.1%。吳稱(chēng)意等[16]采用溶膠凝膠法，以鈦酸四丁醋為原料、高嶺土為載體制備了鉍摻雜TiO2/高嶺土復(fù)合光催化劑，利用其光催化降解結(jié)晶紫，結(jié)果表明，在BiCl3與TiO2的質(zhì)量比為3∶10，光照時(shí)間為100min，催化劑用量為2.5g時(shí)，對(duì)結(jié)晶紫的去除率為91.4%。

3 合成絮凝劑

高嶺土內(nèi)部含有多種金屬元素，尤其是鐵和鋁，采用適當(dāng)方法，利用其中的鐵和鋁制備優(yōu)良的絮凝劑，應(yīng)用到水處理中。于行周等[17]以高嶺土為原料，經(jīng)高溫焙燒，酸溶，水解，聚合等步驟，制備了復(fù)合絮凝劑聚合氯化鋁鐵。考察了焙燒溫度、時(shí)間、酸溶溫度、酸溶時(shí)間、液固比對(duì)鋁鐵溶出率的影響，并確定了最佳聚合條件。絮凝實(shí)驗(yàn)表明，制備的聚合氯化鋁鐵具有很好的絮凝效果。胡雪婷等[18]采用強(qiáng)氧化性酸溶解高嶺土中的鋁元素，獲得了硫酸鋁絮凝劑，進(jìn)而制備聚合硫酸鋁（S-PAS），并采用X射線衍射、熱重分析和紅外光譜進(jìn)行表征。結(jié)果表明，該方法制備的硫酸鋁為Al2（SO4）3·18H2O。S-PAS的絮凝效果優(yōu)于市售聚合硫酸鋁（O-PAS），濃度10mL·L-1時(shí)，濁度去除率可達(dá)90%。羅岳平等[19]采用燒杯實(shí)驗(yàn)研究了用高嶺土作前助凝劑提高PAC去除銅綠微囊藻的有效性，結(jié)果表明，經(jīng)絮凝及30min的沉淀后，藻細(xì)胞去除率都達(dá)到92%以上，水體剩余濁度低于1.0NTU。

4 合成膜

膜過(guò)濾一直是水處理界關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)，其瓶頸在于膜成本高和膜污染治理難度大。應(yīng)用高嶺土制備膜或作為復(fù)合材料，處理污廢水取得了較好的效果。賈志偉等[20]使用高嶺土制備了動(dòng)態(tài)膜并進(jìn)行了含稠油污水處理的穩(wěn)定性運(yùn)行試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，稠油污水溫度為60℃，稠油污水經(jīng)動(dòng)態(tài)膜處理后，產(chǎn)水油的質(zhì)量濃度為7.3mg·L-1，達(dá)到油田采出水回注技術(shù)指標(biāo)。潘艷秋等[21]以管式陶瓷膜為基礎(chǔ)、在陶瓷膜表面涂覆高嶺土，并進(jìn)行了含油污水處理實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，涂覆了高嶺土后，陶瓷膜的膜污染程度大為減輕，增加了陶瓷膜的過(guò)濾時(shí)間和膜通量。楊濤等[22]在陶瓷膜表面涂覆了高嶺土和MnO2，結(jié)果表明，涂覆的膜內(nèi)緊外松，對(duì)含油污水具有較高的處理效能。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)水處理目前面臨很大的挑戰(zhàn)，篩選處理成本低、處理效果好的水處理劑迫在眉睫。高嶺土作為一種礦物質(zhì)，在我國(guó)資源豐富，具有多種處理功能，其應(yīng)用前景廣泛。