膨润土在废水处理中的应用研究进展

赵 雪 孙轶男（渤海大学化学化工学院辽宁锦州121013）

膨润土在废水处理中的应用研究进展

赵 雪 孙轶男
（渤海大学化学化工学院辽宁锦州121013）

本文介绍了膨润土的类型、结构及其理化性质，综述了利用膨润土吸附性来处理含有重金属离子、氨氮、有机物、染料及其他物质的废水的国内外研究现状，并指出目前膨润土在废水处理方面的问题及应用前景。

膨润土；膨润土改性；废水处理

随着工农业迅猛发展，大量未经处理的废水随意排放，使水污染日益严重；同时人口膨胀对水的需求量越来越大，开发新型、高效、廉价、无毒、无二次污染的水处理材料成为当前的重要课题。21世纪从可持续发展战略出发提出“绿色化学”概念，利用膨润土是一种无毒、无二次污染、来源广泛、廉价易得的绿色水处理产品，许多学者对膨润土进行了大量并且深入的研究，尤其是利用改性膨润土对废水的处理进行了具体而深刻的研究，使有限的水资源得以充分利用，解决我国传统废水处理的不足。

1 膨润土概述

膨润土是一种重要的非金属矿产，世界上膨润土资源丰富，分布广泛。我国膨润土种类齐全，以钙基膨润土为主（80%以上），兼有钠基膨润土、氢基膨润土、铝基膨润土和镁基膨润土等。膨润土是由两层硅氧四面体和一层铝氧八面体组成2∶1型层状硅酸盐矿物，其结构式通Nax(H2O)4{(Al2-xMg0.33)[Si4O10](OH)2}。

1.1 膨润土的理化特性

膨润土原料性能指标包括水分、粒度、胶质价、膨胀容、吸水率、吸蓝量、黏度、阳离子交换容量、悬浮体性能、热湿拉强度、湿态抗压强度、灼烧失量、滤失量、活性度、游离酸、脱色率等。膨润土理化特性有：晶格置换、电负性、吸水膨胀性、触变性、分散悬浮性、粘结性、可塑性、吸附性、离子交换性等。

2 膨润土处理废水的研究现状

2.1 膨润土处理含重金属离子废水

天然膨润土具有较大的离子交换容量和比表面积，常用来处理重金属离子废水，改性膨润土处理废水效果更佳显著。改性方法有：盐改性，酸活化改性，微波活化改性，有机改性等[1]。

李芳蓉[2]、Tahir[3]分别利用酸化膨润土处理重金属离子，酸度对去除率影响较大，去除不同金属离子有不同的pH适宜范围；pH一定时，酸性膨润土对重金属离子（除Pb2+以外）的去除率随浓度的增大而降低，在处理电镀废水时，对Cu2+、Pb2+、Cr6+的去除率较高，而对Ni2+、Cd2+的去除率较低。Gaspar B分别利用改性膨润土处理废水中的Pb2+和Cd2+，当pH=8左右，Pb2+的去除率达到90%以上；Cd2+的去除率达到90%。罗太安[4]利用改性膨润土处理废水中的Cd2+和Ni2+，在pH为5-6时，吸附效率接近96%和100%。

2.2 膨润土处理NH3-N废水

目前利用膨润土处理废水中氨氮的研究尚且不多，利用钠化、微波改性煅烧镁改性膨润土可有效去除废水中的氨氮，加大力度研究改性膨润土处理废水中的氨氮。

王代芝[5]等研究利用钠化膨润土处理氨氮废水，搅拌40min，膨润土用量为5g，pH值为8-9，室温条件下处理浓度为160mg/L的氨氮废水100ml效果最佳，最高去除率可达到93.78%。聂锦旭[6]等利用微波强化改性膨润土处理废水中氨氮，在溶液pH值为10，吸附剂用量为0.4g/L，吸附时间为20min时，对浓度为100mg/ L氨氮废水的去除率可达到96.8%。胡巧开[7]利用煅烧镁改性膨润土对氨氮废水进行吸附研究，膨润土中的镁离子质量分数为2%时，经300℃煅烧2h时，在pH= 6、镁离子该性膨润土用量为10g/L、吸附时间30min的条件下，对质量浓度100mg/L的氨氮去除率可达91%。

2.3 膨润土处理有机废水

天然膨润土表面的硅氧结构有较强的亲水性，导致层间阳离子水解，所以天然膨润土吸附有机物的能力差。因此在处理有机废水时，大都是用改性膨润土，在今后研究中重点要以膨润土作为催化剂应用于废水处理，从而更加有效的去除废水中的有机污染物。

Ma[8]等利用溴化十六烷基三甲铵改性膨润土处理酚类，在pH=3-8，反应时间25min，膨润土投加量10g/ L时，对苯酚、p-硝基苯、β-萘酚的去除率分别达69%、92%、99%。Sanabria等用预先聚合的铝-铁固体粉末，渗析膜法制备改性膨润土，反应时间2h，苯酚100%被氧化，总有机碳的去除率在49%-53%。

2.4 膨润土处理印染废水

膨润土对废水脱色的研究表明，利用铁盐改性、硫酸改性、焙烧改性、有机改性膨润土对印染废水进行脱色极为广泛，研究适宜的改性条件是将膨润土用于实际印染废水处理的关键。

武文浩[9]用有机膨润土分别处理染料甲基橙和阳离子染料废水，脱色率大于活性炭，平均脱色率超过99%。Lian[10]等用钙化改性膨润土，其对刚果红的最大吸附量为227.27mg/g，对刚果去除率可达95%。杨久义等利用改性膨润土对麦草浆造纸黑液的色度去除率可达90%以上，对COD的去除率可达到70%以上。

2.5 膨润土处理其他废水

2.5.1 垃圾渗沥液的处理

垃圾渗沥液中含有大量有机物和无机离子及其中间产物，成分十分复杂，对环境的污染主要是它的好氧性、腐蚀性及对水生物的毒性。

陆海军[11]等利用颗粒活性炭及酸活化膨润土改良垃圾填埋场衬垫土壤材料，对Cr6+的吸附强度有了很大提高。邢奕等[12]通过对钠基及膨润土进行改性，处理经MBR处理后的难以被生物降解的废水，当改性剂与膨润土配比为1:10，pH为8，温度为25℃，改性膨润土投加量为12g/L,PAFC投加量为12g/L，COD去除率达93%，符合垃圾渗滤液排放要求。

2.5.2 农业废水的处理

农业废水中污染物质主要有化肥、农药等农用化学品，其中富含氮、磷、苯、氯等化学物质，大部分的农业废水未经处理直接排放到周边河流、湖泊等，对地表水和地下水造成了严重的污染，引起水体富营养化加剧。

Narine[13]等研究膨润土对百草枯、杀草快、劳氏素三种农药的吸附量超过其阳离子交换容量（CEC），而对亚甲基蓝、新亚甲基蓝、孔雀绿的吸附量相当于其CEC。

2.5.3 焦化废水的处理

焦化废水成分复杂多变，污染物浓度高，尤其是难降解有机物、氨氮的浓度、COD高，成分复杂，处理较难。

张斌等[14]利用十八烷基二甲基甜菜碱（BS-18）改性膨润土吸附苯酚，表明两性修饰改性膨润土对苯酚的吸附速率大于未修饰的，且均随着修饰改性比例的增加而增大；吸附量在pH值4-8范围内稳定，pH大于8后，吸附量迅速降低。王通等[15]采用十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）和阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）分别改性膨润土，制得系列CTMAB－膨润土（C-Bt）、CPAM-膨润土(P-Bt）、和复合型膨润土（C/P-Bt），C/P-Bt对有机物有明显的协同吸附效应，C/P-Bt吸附量大于相应的C-Bt和P-Bt吸附量之和，对苯酚和硝基苯的吸附量分别可提高22%和26%。

3 存在的问题及展望

改性膨润土处理废水效果好，在环保领域中应用的可行性很大。利用改性膨润土处理废水所存在的问题：

（1）膨润土是一种粉末状的黏土，投入废水中后会形成泥浆，不能有效降低污水浊度，渣水分离存在一定困难。

（2）改性膨润土对污染物有较高的去除率，应深入研究改性剂的种类及改性方法，降低处理成本，同时拓宽改性膨润土的适用范围。

（3）膨润土的回收再生问题目前研究较少。

总之，大多数改性膨润土具有制备工艺简单、成本低廉的特点，是一类很有效的水处理剂，研究突破在于：a.制备多功能，即能处理复杂废水的改性膨润土；b.制备具有高负荷量的膨润土。根据膨润土的组成、结构、质量以及性能标准，使其成为系列化、标准化的黏土；研究各种改性材料的性质及处理工艺条件，使制备改性膨润土标准化；深入研究膨润土的再生方法，找到一种更加经济可行的改性方法，相信将其投注于废水处理中的应用会更加广泛。

[1]穆文菲.膨润土处理重金属离子废水的研究进展[J].化工中间体.2012.27-30

[2]李芳荣.膨润土的改性及其在废水处理中的应用研究[D].甘肃：西北师范大学.2007

[3]Tahir S,Naseem R.Removal of Cr（Ⅲ）from tannery wastewater by adsorption onto bentonite clay[J].Separation and Purification Technology.2007.53:312-321

[4]罗太安.改性膨润土对Cd（Ⅱ）吸附性能的研究[J].中国废金属矿业导刊.2006（5）：80-81

[5]王代芝等.钠基膨润土对氨氮废水的处理[J].化学工业与工程技术.2006.27(1):22-25

[6]聂锦旭，刘力凡等.微博强化铝改性膨润土对水中氨氮的吸附性能[J].金属矿山.2009.12

[7]胡巧开.氨氮废水的吸附处理[J].无机盐工业. 2005.37(8):45-47

[8]Ma J F,Zhu L Z.Removal of phenols from water accompanied with synthesis organobentonite in one-step process[J].Chemosphere.2007.68:1883-1888

[9]武文浩等.阴阳离子有机膨润土对甲基橙的吸附性能研究[J].化工技术与开发.2007.36(11):1-28

[10]Lian Lili,Guo liping,Wang Aixia.Use of CaCl2modified bentonite for removal of Congo red dye from aqueous solutions[J].Desalination.2009.249:797-801

[11]陆海军等.垃圾填埋场污泥灰改性黏土衬垫的强度特性及微观结构[J].岩土力学.2015.187-192

[12]邢奕等.改性膨润土处理垃圾渗滤液的研究[J].环境工程.2012.44-46

[13]Narine.On the Mechanism of Latex Particles Formation in Polymerization in Heterogeneous Monomer-Water System[J].化学与化工(英文版).2015.363-368

[14]张斌等.两性修饰膨润土对苯酚吸附的动力学研究[J].干旱地区农业研究.2012.30(3):200-204

[15]王通等.CTMAB/CPAM复合改性膨润土吸附水中苯酚和硝基苯[J].环境科学.2010.2(31):385-389

赵雪（1995-），女，汉族，辽宁省沈阳市人，渤海大学，化学化工学院，环境工程，本科生