張 媛

（1.蘭州交通大學(xué)機(jī)電學(xué)院；2.蘭州交通大學(xué)機(jī)電技術(shù)研究所,蘭州 730070）

粘土礦物吸附水體中重金屬離子的研究進(jìn)展

張 媛1,閆 軍2

（1.蘭州交通大學(xué)機(jī)電學(xué)院；2.蘭州交通大學(xué)機(jī)電技術(shù)研究所,蘭州 730070）

本文總結(jié)了高嶺石、蒙脫石、凹凸棒石等天然粘土礦物對(duì)水體中重金屬離子吸附的研究進(jìn)展，并進(jìn)一步提出了函待解決的問題。

粘土礦物；吸附；重金屬離子

0 前言

天然粘土礦物由于具有大的比表面積、特殊的孔道結(jié)構(gòu)、表面負(fù)電荷及大量的吸附位點(diǎn)，對(duì)水體中的重金屬離子有很好的吸附性能，作為價(jià)格低廉的吸附劑得到較廣泛的應(yīng)用。本文查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)，歸納總結(jié)了粘土礦物用于處理重金屬離子廢水的研究情況。

1 高嶺石

高嶺石 (英文名稱kaolinite, 化學(xué)式：Al4[Si4O10](OH)8) 是一種層狀結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽粘土礦物。Suraj等[1]對(duì)高嶺石進(jìn)行了煅燒和酸化處理，考察其對(duì)Cu2+和Cd2+的吸附。結(jié)果表明：經(jīng)600℃煅燒和2M HCl酸化處理后，高嶺石的比表面積增加，對(duì)Cd2+、Cu2+的吸附量明顯提高。Bhattacharyya等[2]將高嶺石在500℃煅燒10h，吸附水體中 Fe3+、 Co2+和 Ni2+。結(jié)果表明：高嶺石對(duì)Fe3+、Co2+、Ni2+的附量分別為6.0、5.3、5.2mg/g。Gupta和Bhattacharyya[3]用二氯氧化鋯和四丁基溴化銨對(duì)高嶺石進(jìn)行改性，并用于對(duì)Ni2+的吸附。發(fā)現(xiàn)改性后吸附量下降，分析原因是由于改性劑分子屏蔽了粘土表面負(fù)電荷，且堵塞吸附孔道所致。吳宏海等[4]考察了高嶺石對(duì)Cu2+, Pb2+的吸附，提出吸附模式為離子交換和表面配位吸附模式并存。

2 蒙脫石

蒙脫石（英文名稱montmorillonite, 化學(xué)式：（Al2, Mg3）Si4O10OH2·nH2O）是一種含水的2:1型層狀鋁硅酸鹽礦物。Bhattacharyya和Gupta[5]用0.25 M 硫酸對(duì)蒙脫石活化3h，再在500℃煅燒10h?；罨蟮拿擅撌瘜?duì)Cd2+、Co2+、Cu2+、Pb2+、Ni2+的吸附量分別提高至33.2、29.7、32.3、34.0、29.5 mg/g。熱力學(xué)研究表明蒙脫石-Pb2+、-Ni2+、-Co2+的相互作用是放熱過程, 而蒙脫石-Cu2+、-Cd2+的相互作用是吸熱過程。De Pablo等[6]用1 N CaCl2溶液將蒙脫石鈣化，并對(duì)Hg2+、Cr3+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Ba2+、Ni2+、Mn2+、Cd2+、Ba2+、Ag+等吸附，并考察了不同pH值的影響及其沉淀物物種。結(jié)果表明：鈣基蒙脫石的吸附量均高于原蒙脫石。當(dāng)pH＜5， Cr3+、 Pb2+、Cu2+以氧化物及氫氧化物沉淀的形式存在于溶液中，當(dāng)pH值較大時(shí)，Hg22+、Zn2+、Ba2+、Cd2+、Ni2+、Mn2+、Ag+以陽離子的形式存在于溶液中，或者吸附在粘土礦物上, 吸附量由大到小排序?yàn)镠g22+＞ Zn2+＞ Ba2+＞ Cd2+＞ Ni2+＞ Mn2+。杜培鑫等[7]研究了鈣基蒙脫石對(duì)Sr2+、Cs+、Pb2+的吸附效果, 結(jié)果表明：初始濃度、pH值對(duì)吸附量的影響差別很大，Sr2+、Cs+的最佳 pH=4，最佳質(zhì)量濃度分別為0.4g/L、1.0g/L；Pb2+的最佳pH=8，最佳質(zhì)量濃度為 0.8g/L。

3 凹凸棒石

凹土棒石（英文名稱attapulgite, 化學(xué)式：Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4)是一種2:1型鏈層狀結(jié)構(gòu)的含水富鎂硅酸鹽粘土礦物。王文己等[8]用鹽酸活化凹凸棒石，增大了凹凸棒石對(duì) Cd2+的吸附率。陳浩、趙杰[9]研究了Pb2+和Zn2+在凹凸棒石及酸化凹凸棒石中的競(jìng)爭(zhēng)吸附特征, 發(fā)現(xiàn)樣品對(duì)Pb2+的吸附性均優(yōu)于Zn2+, 但酸化凹凸棒石較原土對(duì)Zn2+具有更高的選擇吸附性。Fan等[10]報(bào)道了凹凸棒石對(duì)Ni2+的吸附受pH值的影響明顯，在pH＜8時(shí)外球面絡(luò)合或離子交換是凹凸棒石對(duì)Ni2+吸附的主要機(jī)制，而在pH值＞8時(shí)內(nèi)球絡(luò)合是主要的吸附機(jī)理。

4 其它礦物

除了上述粘土礦物報(bào)道較多外，Zazzi等[11]研究了pH值對(duì)綠泥石吸附Ni2+的影響，發(fā)現(xiàn)吸附量只能在很小的pH值范圍內(nèi)增加。劉霞等[12]報(bào)道了伊利石在pH=2～6時(shí)對(duì)Cd2+的吸附率隨pH的升高而增加，隨離子強(qiáng)度的增強(qiáng)而降低。朱健等[13]較詳盡地闡述了硅藻土對(duì)重金屬離子吸附性能、行為、機(jī)制等方面的研究情況。

5 結(jié)束語

粘土礦物對(duì)水體中重金屬離子有很好的吸附性能，吸附動(dòng)力學(xué)符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，等溫平衡吸附符合langmuir模型。但是，吸附后重金屬離子脫附較困難，如何很好地利用而不造成二次污染，依然是函待解決的問題。

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甘肅省自然科學(xué)研究基金資助編號(hào)：1112RJZA047

張媛（1972-），女，博士研究生在讀，講師。研究方向：聚合物-無機(jī)納米復(fù)合材料；納米凹凸棒土的制備及應(yīng)用開發(fā)；水處理材料等。