改性凹凸棒土处理工业废水研究进展

邢镇岚，龚飞铭

改性凹凸棒土处理工业废水研究进展

邢镇岚，龚飞铭

（沈阳建筑大学 市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110168）

凹凸棒土是一种富含镁铝硅酸盐的层链状矿物黏土。由于特殊的晶体构造，因此凹凸棒土具有比表面积大、吸附性能强、化学稳定性高、离子交换性强等优势。没有经过处理的凹凸棒土中，含有大量杂质，难以应用，但使用改性凹凸棒土进行废水处理能显著提高去除效率。首先介绍了凹凸棒土的改性方法，然后提出改性凹凸棒土在工业废水处理中的具体应用，最后对改性凹凸棒土未来研究的趋势进行了展望。

凹凸棒土；改性；废水处理

凹凸棒土是一种富含镁铝硅酸盐的层链状矿物黏土，由于存在链状结构，使其具有较强的吸附性能[1]、催化性、离子交换性等物理化学特性。天然的凹凸棒土所含杂质较多，难以应用，吸附后的二次污染、吸附剂再生等问题成为天然的凹凸棒土应用的局限性[2]。以天然矿物为原料开发的改性吸附剂[3]在废水处理方面的研究成对环境友好的优质吸附剂[4]。凹凸棒土是一种廉价易得的无机矿物材料[5]，只有经过改性处理，才能成为一种性能优异的吸附剂[6]。相比于美国等发达国家，我国对凹凸棒土的研究利用较晚，并不占优势[7]。因此如何对凹凸棒土进行改性、如何将改性凹凸棒土批量化生产并应用将成为今后研究的趋势。

1 凹凸棒土的改性方法

1.1 热改性

热改性是借助升高温度对凹凸棒土进行脱水，来增加内部微孔和比表面积，从而提高吸附能力。王连军[8]等使用高温焙烧过的凹凸棒土去除染化废水的COD，在温度为420 ℃的条件下，COD去除率为74%。张先龙[9]等探究热改性温度对凹凸棒土脱硫性能的影响，在50～100 ℃，凹凸棒土对SO2吸附性能随着温度的升高而增加。郑建东[10]等对凹凸棒土进行高温改性处理含Cr6+废水，在350 ℃、pH=2、投加量为1 g时，去除率最大。

1.2 酸碱盐改性

酸改性是通过酸溶液中的H+与凹凸棒土孔道中的碳酸盐反应达到疏通的目的，还有一部分H+能置换出凹凸棒土层间的金属离子来提高吸附性。孙亚兵[11]等用H2SO4对凹凸棒土进行改性吸附处理丙烯酰胺（PAM）废水，在PAM初始质量浓度为250 mg·L-1、吸附时间为1 h的条件下，吸附率为90.08%。碱改性使凹凸棒土末端的Si—O四面体溶解速率较快，使比表面积略有增加。张俊[12]等向高浓度含磷酸根废水投加NaOH改性凹凸棒土进行处理，在NaOH浓度为3.0 mol·L-1时，去除率为71.6%。盐改性也是通过离子交换提高其吸附性的。柏文 博[13]向提纯后的凹凸棒土加入NaCl制备改性吸附剂处理亚甲基蓝，在投加量为0.8 g、吸附时间为 1.5 h的条件下，吸附率达到93.52%。

1.3 有机改性

有机改性是通过大相对分子质量的有机基团取代可用于离子交换的无机阳离子来提高疏水性改善其吸附性能。邓天天[14]等用CTAC、TX-10、LAS、KH-560有机材料对凹凸棒土改性吸附水中的As3+，并探究不同因素对吸附效果的影响，结果表明，溶液初始质量浓度为10 mg·L-1、4种改性ATP的投加量为0.1 g左右时，吸附达到动态平衡。4种改性ATP在不同pH下达到最佳吸附效果。CTAC和LAS在酸性条件下吸附效果较好，TX-10在中性条件下吸附效果较好，KH-560的吸附效果不受pH变化的影响。HUANG[15]等用十八烷基三甲基氯化铵改性凹凸棒土处理活性艳红溶液，在pH=1、吸附时间 30 min时，吸附能力最大。

1.4 超声改性

超声改性是借助超声空化作用冲击、分散凹凸棒土内部聚合的分子改善并提高吸附性能。郭文 君[16]等分别用超声搅拌法和机械搅拌法制备DTAC改性凹凸棒土吸附水中的苯酚，其中超声时间 9 min，机械搅拌2 h，其余条件相同的情况下，超声搅拌法制备的改性凹凸棒土的吸附量约是机械搅拌法的2倍。

1.5 磁改性

磁改性是将Fe3O4等具备磁性的化学物质附着在凹凸棒土表面制备磁性复合材料。这种材料既能提高去除效率，又能方便回收、再次使用，节约了处理成本。陈浩[17]等用共沉法制备磁性凹凸棒土并研究脱汞性能，在一定温度内，磁性凹凸棒土的脱汞率随着磁性铁氧化物含量的增加而增加。袁子 悦[18]等用铁酸钴与凹凸棒土制备MOAT磁性复合材料，同时吸附水溶液中的Cu2+和氯酚，结果表明，磁性复合材料会优先吸附Cu2+。RUSMIN[19]等在凹凸棒土中嵌入Fe3O4制备磁性复合材料PAL-IO，吸附水溶液中的Pb2+并研究其再生性能，经过3次再生，去除率接近64%。

1.6 金属负载改性

金属负载改性是利用凹凸棒土具有较大比表面积的特点，将金属元素通过浸渍、沉淀、凝胶等方法负载到凹凸棒土表面，提高催化性能，从而提高复合材料的吸附性能。张妍[20]等配置不同浓度的Co(NO3)2溶液，再加入凹凸棒土采用浸渍法制备Co-AT-1催化剂催化环己烯氧化，Co含量的增加会使催化剂活性降低，Co含量为0.46%时，对环己烯催化氧化性能较好。吕杭杰[21]等用凝胶法把Fe3+和Mn2+负载到改性凹凸棒土制备催化剂协同臭氧处理甲基橙模拟废水，COD去除率为92.47%。

2 改性凹凸棒土在工业废水处理中的应用

2.1 处理重金属废水

章绍康[22]等将壳聚糖负载在凹凸棒土上吸附水中的Cu2+并探究最佳的吸附条件，在pH=5、温度为20 ℃、初始质量浓度为20 mg·L-1、投加量5 g·L-1的条件下，吸附30 min后，Cu2+吸附率为97.36%。吕晓斌[23]分别制备纳米Fe/Ni和Fe/Cu的双金属材料并以凹凸棒土为载体处理水中的Cr6+，结果表明，纳米Fe/Cu的双金属材料处理效果较好。在初始质量浓度为50 mg·L-1、投加量为90 mg·L-1、反应时间60 min的条件下，对Cr6+的去除率为91.37%。王晓鹏[24]等用皂化后的表面接枝聚丙烯腈的改性凹凸棒土吸附Pb2+，在pH大约为8的条件下，发生鳌合作用使接种改性后的凹凸棒土对Pb2+去除率显著提高。

2.2 处理印染废水

尚建平[25]等用浸渍法制备负载Fe3+和La3+离子的改性凹凸棒土催化剂，在臭氧的协同下，催化氧化含亚甲基蓝废水，在温度45 ℃、初始质量浓度为50 mg·L-1，投加量为5 g、臭氧流量为100 mL·min-1的条件下，去除率约为96%。谢爱娟[26]等以凹凸棒土为载体，通过溶胶-凝胶法制备TiO2/ATT复合材料，在紫外光的照射下处理活性黑KN-B印染废水。在pH＜7、温度为20 ℃、初始质量浓度为10 mg·L-1、投加量为15 g·L-1时，去除率可达95%以上。田利强[27]等用热改性的凹凸棒土处理阳离子红5GN溶液，在pH=8、温度为30 ℃、5GN溶液初始质量浓度为50 mg·L-1、改性凹凸棒土投加量为100 mg时，脱色率可达96.5%。

2.3 处理苯酚废水

冷宝林[28]等用壳聚糖改性凹凸棒土（CTS-ATP）处理苯酚废水并探究反应的最佳条件，当pH=6、40 ℃、投加量10 g·L-1、反应30 min后，苯酚的去除率达90%以上。而且在20～40 ℃，CTS-ATP吸附苯酚的反应自发进行，随着温度的升高，反应自发进行的程度越大。王素青[29]等制备硅钨酸改性凹凸棒土处理苯酚废水并探究改性凹凸棒土在不同条件下的吸附性能。在pH=9、苯酚质量浓度100 mg·L-1、投加量10 g·L-1、吸附时间60 min时, 去除率达到77.75%。谢刚[30]用聚二甲基二烯丙基氯化铵改性的凹凸棒土处理微污染水源中的苯酚，在pH=10、20 ℃、苯酚初始质量浓度10 mg·L-1、改性凹凸棒土投加量40 g·L-1的条件下，经过40 min，苯酚的最大去除率为87%。

3 结束语

凹凸棒土具有价廉、易得、吸附性好等优势，在污水处理领域具有良好的应用前景。目前，对凹凸棒土的吸附机理的研究仅停留在猜测阶段，处理的水样大都是人工模拟的水样，研究其吸附性能的试验大部分是静态试验。因此，未来的研究方向应该侧重在：深入研究凹凸棒土的吸附机理、改性凹凸棒土处理实际废水的研究和研究改性凹凸棒土处理污染物的动态吸附。提高吸附剂的回收率：磁性材料复合、电吸附、毫米级多孔微球和三维网状过滤膜改性[31]。

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Research Progress of Modified Attapulgite for Industrial Wastewater Treatment

（Shenyang Jianzhu University, Shenyang Liaoning 110168, China）

Attapulgite is a layered chain mineral clay and rich in magnesium aluminum silicate. Due to the special crystal structure, attapulgite has the advantages of large specific surface area, strong adsorption performance, high chemical stability, and strong ion exchange. The untreated attapulgite contains a lot of impurities, so it is difficult to apply, but the modified attapulgite can significantly improve the treatment efficiency of wastewater. In this article, the modification methods of attapulgite were introduced, then the specific application of modified attapulgite in industrial wastewater treatment was proposed, and finally the future research trend of modified attapulgite was prospected.

Attapulgite; Modification; Wastewater treatment

2021-06-02

邢镇岚（1996-），男，辽宁省沈阳市人，硕士研究生，2018年毕业于沈阳建筑大学给排水科学与工程专业，研究方向：污水处理理论与技术。

X703.1

A

1004-0935（2021）12-1854-03