高岭土在水处理中的应用研究进展

2022-12-29龚鹏程

化学工程师 2022年10期

陈平，龚鹏程

（东北石油大学，黑龙江大庆 163318）

高岭土是一种存在于大自然中的矿物质，我们国家高岭土资源非常丰富，高岭土具有较强的吸附性能，同时高岭土内部含有多种金属元素，用于制备水处理试剂，本文对高岭土在水处理中的应用进行了总结，希望对他人能够有所帮助。

1 制备吸附剂

在水处理中，吸附是一种比较有效的处理方法，但碍于吸附剂成本高，在推广中难度较大。高岭土作为一种矿物质，在我国资源丰富，同时由于其具有较强吸附性能而在水处理中得到较多应用。韩军等[1]使用高岭土作为吸附剂处理重金属蒸汽，构建了吸附过程模型，研究吸附剂对重金属的吸附分布规律，结果表明,高岭土颗粒大小对吸附过程影响很大，颗粒越小吸附速度越快。万鹰昕等[2]使用高岭土对稀土元素进行吸附处理并考察了影响因素，结果表明，吸附过程很快能够进入平衡状态，且满足朗格缪尔等温吸附。张作金等[3]以三级高岭土为原料，采用单因素法分析高岭土用量、温度、亚甲基蓝浓度、脱色时间及pH值对高岭土脱色性能的影响。结果表明，25℃亚甲基蓝初始浓度20mg·L-1、高岭土用量0.08g、pH值为8、吸附时间80min实验条件下，发现高岭土对亚甲基蓝的脱色率可达到69.45%。梁艳等[4]研究了3种重金属离子镉（Cd2+）、铅（Pb2+）和铜（Cu2+）在土壤中广泛存在的高岭土于不同理化条件下的吸附行为特性，结果表明，在恒温条件下吸附达平衡后，高岭土对Cd2+、Pb2+、Cu2+的吸附率均大于70%；当反应体系pH值大于7.0时，高岭土对这3种离子的吸附率均可达90%以上；当离子强度大于0.05mol·L-1时，吸附率降低近一半。

更多的学者在天然高岭土的基础上，进行改性处理，提高高岭土的吸附性能。周丽萍[5]等采用有机试剂合成了具有氨基的高岭土吸附剂，进行了改性前后高岭土对Pb（II）的对比吸附试验研究。研究结果表明，改性处理后高岭土吸附剂很快能够达到吸附平衡，溶液的酸碱度对吸附过程影响较大。黄明等[6]采用化学方法制取了磁性高岭土，研究了吸附剂用量、pH值、时间对磁性高岭土吸附Pb2+的影响，并进行了对比试验。结果表明，吸附很快达到平衡，Pb2+的去除率达到99%以上。李淦等[7]通过碱活化的方法对天然高岭土进行改性，制备高岭土基吸附剂，通过静态吸附实验考察了其对亚甲基蓝的吸附行为。实验结果表明，与天然高岭土相比，碱活化高岭土的结构发生了明显改变，进而影响了其吸附亚甲基蓝的性能，去除率可达97%。郭春芳等[8]采用酸性试剂处理高岭土，并分别研究平衡时间、高岭上用量、pH值对Cr（VI）在酸改性高岭土上吸附性能的影响。结果表明，酸改性高岭土对Cr（VI）具有较强的吸附能力。牛三鑫等[9]使用高岭土、壳聚糖制备了壳聚糖涂层高岭土材料（CAK），探讨了高岭土与壳聚糖质量比等多因素对刚果红吸附性能的影响。结果表明，CAK在质量比为2∶1，pH值为3，接触时间60min，染液初始浓度为400mg·L-1吸附条件下，对刚果红有优异的吸附性能，刚果红去除率99%。马爽等[10]对比Zn2+、苯酚、CTAB单元和复合污染物在煅烧高岭土上的吸附，探讨了在不同投加量和pH值条件下复合污染共存在煅烧高岭土上的吸附效果。结果表明：Zn2+和CTAB产生某种特殊反应，促进了污染物质的吸附。

2 制备催化剂载体

高岭土具有较强吸附性能，与其多孔结构相关，多孔结构也可以作为光催化剂的载体，提高光催化剂的催化性能。姜三营等[11]以高岭土为载体、钛酸丁酯为钛源，合成了高岭土负载的纳米TiO2光催化剂，采用染料废水作为目标污染物进行了光催化氧化处理。结果表明，复合光催化材料对染料分子的去除率与反应时间成正比，受多种因素控制；当TiO2负载量为5mmol·g-1、投入量为2g·L-1、MB溶液为10mg·L-1时，暗反应吸附1h、光催化90min后对MB的去除率可达89.26%，显示出较好的光催化性能和去除效果。牛凤兴[12]以Zn（NO3）2·6H2O，C2H2O4和高岭土为原料，应用化学法制备了负载高岭土的ZnO光催化剂，以染料废水为处理物，关注了催化剂的用量、高岭土的负载量、煅烧温度以及亚甲基蓝的初始浓度对其光催化性能的影响。结果表明，煅烧温度为300℃、高岭土负载量为30%的ZnO光催化活性最好。孙雪芳等[13]以煤系高岭土为主要原料制备超细分子筛，并负载过渡金属镍和钻，最终制成镍钴负载超细复合分子筛光催化剂，用于降解亚甲基蓝。结果表明，在pH值为9的条件下，用光源为20W紫外线消毒灯照射2h，亚甲基蓝溶液的吸光度明显下降，亚甲基蓝的降解率达到97%以上。李雪等[14]以水洗高岭土为载体，乙酸镉和Na2S为CdS前驱体，制备出一种可见光响应的新型高岭土基复合光催化材料，考察了不同催化剂的可见光光催化活性。结果表明，复合材料实现了CdS粒子在高岭土片层结构上的紧密复合与有效分散，有效地抑制了光生载流子的复合，进而改善CdS光催化材料的光腐蚀性能，提高材料的光催化效率。徐杰等[15]以疏基乙酸钠作为硫源和高岭土改性剂合成了疏基高岭土/CeO2-CdS催化剂，并以降解结晶紫，结果表明，在50mL结晶紫浓度为10mg·L-1的溶液中，添加0.1g最优催化剂后，采用350W氙灯对其光照150min时，结晶紫的降解率为95.1%。吴称意等[16]采用溶胶凝胶法，以钛酸四丁醋为原料、高岭土为载体制备了铋掺杂TiO2/高岭土复合光催化剂，利用其光催化降解结晶紫，结果表明，在BiCl3与TiO2的质量比为3∶10，光照时间为100min，催化剂用量为2.5g时，对结晶紫的去除率为91.4%。

3 合成絮凝剂

高岭土内部含有多种金属元素，尤其是铁和铝，采用适当方法，利用其中的铁和铝制备优良的絮凝剂，应用到水处理中。于行周等[17]以高岭土为原料，经高温焙烧，酸溶，水解，聚合等步骤，制备了复合絮凝剂聚合氯化铝铁。考察了焙烧温度、时间、酸溶温度、酸溶时间、液固比对铝铁溶出率的影响，并确定了最佳聚合条件。絮凝实验表明，制备的聚合氯化铝铁具有很好的絮凝效果。胡雪婷等[18]采用强氧化性酸溶解高岭土中的铝元素，获得了硫酸铝絮凝剂，进而制备聚合硫酸铝（S-PAS），并采用X射线衍射、热重分析和红外光谱进行表征。结果表明，该方法制备的硫酸铝为Al2（SO4）3·18H2O。S-PAS的絮凝效果优于市售聚合硫酸铝（O-PAS），浓度10mL·L-1时，浊度去除率可达90%。罗岳平等[19]采用烧杯实验研究了用高岭土作前助凝剂提高PAC去除铜绿微囊藻的有效性，结果表明，经絮凝及30min的沉淀后，藻细胞去除率都达到92%以上，水体剩余浊度低于1.0NTU。

4 合成膜

膜过滤一直是水处理界关注的一个焦点，其瓶颈在于膜成本高和膜污染治理难度大。应用高岭土制备膜或作为复合材料，处理污废水取得了较好的效果。贾志伟等[20]使用高岭土制备了动态膜并进行了含稠油污水处理的稳定性运行试验。实验结果表明，稠油污水温度为60℃，稠油污水经动态膜处理后，产水油的质量浓度为7.3mg·L-1，达到油田采出水回注技术指标。潘艳秋等[21]以管式陶瓷膜为基础、在陶瓷膜表面涂覆高岭土，并进行了含油污水处理实验研究，结果表明，涂覆了高岭土后，陶瓷膜的膜污染程度大为减轻，增加了陶瓷膜的过滤时间和膜通量。杨涛等[22]在陶瓷膜表面涂覆了高岭土和MnO2，结果表明，涂覆的膜内紧外松，对含油污水具有较高的处理效能。