中國粉體網(wǎng)訊 因為一場突如其來的肺炎疫情將本應(yīng)該在3月舉行的全國會議推遲了兩個月，5月22日上午，總理做了《2020國務(wù)院政府工作報告》，總結(jié)了過去5年的工作成果，提出了工作部署和重點任務(wù)，其中涉及礦業(yè)內(nèi)容10余項。其中，樹立綠水青山就是金山銀山的理念再次被提及:打好藍(lán)天、碧水、凈土保衛(wèi)戰(zhàn)，實現(xiàn)污染防治攻堅戰(zhàn)階段性目標(biāo)。加強重大風(fēng)險防控，堅決守住不發(fā)生系統(tǒng)性風(fēng)險底線。
非金屬礦石是相對于金屬礦的一種礦產(chǎn)，種類繁多，達(dá)91種。并且，其中的部分礦石（如凹凸棒石、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、麥飯石、沸石、海泡石、累托石等）由于本身獨特的多層結(jié)構(gòu)，能夠吸附污染物，在保護環(huán)境等方案上起到了重要的作用。另外，隨著我國對非金屬礦的重視程度加大，很多非金屬礦產(chǎn)也已經(jīng)被國家認(rèn)定為戰(zhàn)略性非金屬礦。
凹凸棒石介紹
凹凸棒石是一種富含鎂鋁的黏土礦物，本身具有良好的吸附和離子交換性質(zhì)。凹凸棒石晶體直徑一般為幾十納米，長度短約數(shù)百納米，長約幾微米。凹凸棒石理論化學(xué)式為Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4•4H2O，凹凸棒石富含金屬陽離子（如Si、Al、Mg等），因而有較大的離子交換容量，可以與土壤中的重金屬離子發(fā)生交換。隨著我國工業(yè)經(jīng)濟的飛速發(fā)展，土壤重金屬污染事件頻繁發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，我國受到重金屬污染的糧食已經(jīng)達(dá)到1000萬t以上，經(jīng)濟損失已超過200億元。凹凸棒石單晶體內(nèi)部為蜂窩狀內(nèi)孔道，單晶纖維以平行排列的形式存在，并且單晶纖維之間存在很多空隙，可以有效吸附Cd2+、Pb2+等重金屬離子的土壤，達(dá)到治理土壤污染的目的。改性后凹凸棒石其性質(zhì)得到進(jìn)一步提高。改性凹凸棒石和凹凸棒石復(fù)合其他有機無機物及有益微生物，可以有效修復(fù)重金屬污染農(nóng)田土壤，調(diào)理土壤，增加土壤生物量。
另外，凹凸棒石儲量豐富，開發(fā)成本低，操作處理簡單，吸附性能優(yōu)異，已取得可觀的經(jīng)濟和社會效益。
凹凸棒石的改性方法
☆純化
干法和濕法是對凹凸棒石進(jìn)行純化的兩種主要方法。
干法處理不需使用助熔劑，其成本低、工廠化好，主要的作用方式是機械粉碎處理，通過改變機械處理強度和方式等，達(dá)到不同的粉碎目的。
濕法提純是根據(jù)凹凸棒石的膨脹性、膠體性等性質(zhì)，通過加入適當(dāng)?shù)乃巹┑冗M(jìn)行純化。濕法的資金投入更多，工序也較多，但得到的產(chǎn)品品質(zhì)也相對較好。
☆高溫改性
凹凸棒石中的水分主要有3種，分別為結(jié)晶水（以氫鍵形式與八面體邊緣陽離子結(jié)合的水）、礦物內(nèi)外表面吸附水和沸石水（結(jié)構(gòu)空穴水）。凹凸棒石經(jīng)過高溫焙燒后，凹凸棒石中的水分被蒸發(fā)掉，凹凸棒石的比表面積變大，其吸附中心被活化，使凹凸棒石有更好的吸附效果。需要注意的是，高溫改性也有一定限值，如果溫度過高，凹凸棒石中的水會全部或部分喪失，凹凸棒石的化學(xué)結(jié)構(gòu)被破壞，造成凹凸棒石吸附效果降低。
☆超聲波、微波改性
超聲波改性凹凸棒石無需機械攪拌，常溫下就可以順利進(jìn)行，并且可以縮短反應(yīng)時間。微波改性后凹凸棒石多孔內(nèi)部的傳質(zhì)速度被加快，內(nèi)擴散的影響被降低，并且受熱物體額定介質(zhì)不再必須為水，處理在液態(tài)下便可進(jìn)行，過濾洗滌過程更容易，操作過程更加簡化，減少能源的消耗。微波改性一般采用與有機改性相結(jié)合的方式，既能提高凹凸棒石的活性，同時有機改性劑也能更好地進(jìn)入凹凸棒石的微觀結(jié)構(gòu)中，改性后凹凸棒石的吸附性能得到加強。
☆酸堿改性
在凹凸棒石晶體內(nèi)部，四面體均含有活性的自由氧原子，活性自由氧原子指不同的指向性造成其八面體片的不連續(xù)性，致使很多孔道結(jié)構(gòu)存在在平行于層狀晶體延長方向上；另一方面，由于凹凸棒石的層狀結(jié)構(gòu)，使得其易形成聚集體，導(dǎo)致出現(xiàn)大小不一的間隙孔。
凹凸棒石經(jīng)酸改性后，酸可以溶解凹凸棒石內(nèi)部的多面體結(jié)構(gòu)。同時，H+將凹凸棒石結(jié)構(gòu)間的鈉鉀等金屬離子替換掉，進(jìn)一步使凹凸棒石的帶電性發(fā)生變化，吸附性能得到改善。
☆有機鹽改性
有機鹽改性通常和物理改性相配合，首先對凹凸棒石進(jìn)行純化等操作，再加入有機鹽，有機鹽中基團可以取代凹凸棒石內(nèi)部部分水和硅鋁等陽離子。從而實現(xiàn)對凹凸棒石微觀結(jié)構(gòu)上的接枝聚合和交聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)一步提高凹凸棒石的疏水性能，提高吸附污水及土壤中的重金屬離子的能力。
☆生物質(zhì)改性
生物質(zhì)改性采用水熱法，將麩皮、菌渣和腐殖酸等材料與凹凸棒石充分混合，經(jīng)過一定的加熱工藝，制得納米復(fù)合材料。該法不需大量資金，常溫下便可進(jìn)行，不需復(fù)雜的操作工藝。
凹凸棒石對重金屬的吸附機理
基于凹凸棒石吸附特性，大量的研究人員對凹凸棒石處理環(huán)境中的重金屬進(jìn)行了研究。凹凸棒石通過離子交換吸附，離子絡(luò)合，靜電吸附，進(jìn)入孔道穩(wěn)定存在，形成氫氧化物微沉淀等方式吸附重金屬，吸附過程中經(jīng)常存在多種方式共同作用。
影響吸附效果的因素
研究發(fā)現(xiàn)，凹凸棒石對重金屬吸附的研究結(jié)果顯示影響凹凸棒石對重金屬吸附與體系的pH值、溫度和同離子效應(yīng)有關(guān)。
體系的pH值對吸附效果往往起決定性作用，一般最佳的吸附效果pH值需適中。強酸條件下H+抑制凹凸棒石對重金屬的吸附；強堿性情況下，重金屬離子形成氫氧化物沉淀，使實際吸附率很低；在溶液中OH-濃度過高某些重金屬還可能轉(zhuǎn)為溶解態(tài)。
凹凸棒石吸附重金屬的熱力學(xué)焓值通常小于0，溫度上升，吸附速率和吸附量都有所增加。Sheikhhosseini等研究Ni在25℃，35℃和45℃溫度下在凹凸棒石上的吸附情況結(jié)果表明，溫度的升高吸附的速率常數(shù)和平衡時對Ni的吸附量都會有所增加。
凹凸棒石在重金屬污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用
改性凹凸棒石處理重金屬污染土壤主要采用原位鈍化的方法鈍化土壤中的重金屬離子或者改變其價態(tài)轉(zhuǎn)化為無毒或者毒性較小的價態(tài)；或者使用修復(fù)劑吸附固定土壤中的重金屬離子，減少動植物對重金屬離子吸收。
沈金池等在基于凹凸棒土的土壤重金屬污染的土壤調(diào)理劑研究一文中，采用宏觀分析與微觀分析，系統(tǒng)研究不同提純、改性工藝處理后，凹凸棒土對土壤重金屬離子的吸附、鈍化效果，篩選出最優(yōu)的凹凸棒土提純與改性工藝。
經(jīng)過試驗研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)HCl酸化提純的凹凸棒土的平衡吸附量最高為5.43mg/g，對0.01mg/ml濃度腐殖酸的吸附率高達(dá)81.44%，明顯優(yōu)于其他四種提純方法；當(dāng)無機改性試劑為氫氧化鈉時，相比凹凸棒土原礦土對Cu2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+吸附性能分別提升37.56%、141.89%、16.15%、37.40%。
參考文獻(xiàn)：
田振華等.凹凸棒石改性及其修復(fù)重金屬污染土壤的研究
沈金池等.基于凹凸棒土的土壤重金屬污染的土壤調(diào)理劑研究
楊敏等.凹凸棒石吸附重金屬的研究進(jìn)展
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