[应用]黏土及其改性物质主要应用于染料废水、重金属废水、垃圾渗滤液、苯酚废水等的处理。

天然黏土矿物材料具有较大的比表面积和离子交换容量，吸附性能良好，对废水中阳离子尤其是重金属离子的吸附处理有着特殊的功效。黏土矿物对重金属离子具有超强的吸附能力，归因于其本身的3个特性，即表面荷电性、结构通道和高的比表面积。黏土矿物的吸附作用包括选择性吸附和非选择性吸附。非选择性吸附属于静电作用，受黏土矿物所带的永久电荷量控制；选择性吸附属于化学吸附，受可变电荷表面的电量控制。由于黏土矿物(如坡缕石、海泡石等)中的结构通道和高的比表面积(如蛭石为700m²/g等)，因而具有高效吸附性。

蛭石对重金属离子的吸附实验表明，pH<4.0的酸性环境不利于吸附，pH>4.0的弱酸性至碱性条件下吸附效果好，对金属离子Pb²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺的吸附顺序为Pb²⁺>Cu²⁺>Cd²⁺，用于处理电镀厂的含铜废水，Cu²⁺去除率在90%以上。累托石处理含Cr6+电镀废水的最佳条件为：累托石用量2g/L，搅拌吸附时间30min，在此条件下，其吸附效率可达99.89%，处理水的Cr6+浓度由294.8mg/L降低到0.3mg/L，低于《污水综合排放标准》(GB8978-1996)。高岭石吸附Cu²⁺的吸附量随pH升高而增加，在pH2.5～4范围内，吸附量的增加非常缓慢，而在pH4～5.5范围内，吸附量迅速升高。膨润土、海泡石、凹凸棒石对Cd²⁺的吸附量的大小顺序:凹凸棒石>钠基膨润土>海泡石，随pH值的增大，黏土矿物对Cd²⁺的吸附量总体上在增大。何宏平进行了蒙脱石、伊利石、高岭石对Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、Cr³⁺五种重金属离子的竞争吸附实验研究，蒙脱石对Cr³⁺、Cu²⁺有很好的选择性，高岭石和伊利石对Cr³⁺、Pb²⁺有较好的亲和力。此外黏土矿物对重金属离子的吸附选择性受矿物的层电荷分布、重金属离子的水化热、电价、离子半径、有效离子半径等因素控制。

黏土对铀有较好的吸附作用。在废水pH值为5.0、废水中铀初始质量浓度为20mg/L、黏土加入量为5g/L的条件下，振荡吸附1h后的吸附率达75.4%。废水中铀初始质量浓度与铀的吸附率成反比，与铀的吸附量成正比。黏土粒径越小，对铀的吸附量越大，粒径为0.20mm时的吸附量最高(3.24mg/g)。黏土对铀的吸附符合Freundlich和Langmuir吸附等温式，饱和吸附量达18.25mg/g;黏土对铀的吸附过程用Ho准二级反应动力学方程描述更合适。

吴平霄等研究了农药在蒙脱石层间的吸附类型，认为有以下几种。

①分子吸附模式氨基三唑以分子的形式吸附于蒙脱石层间域中，它与极化分子不同，不能置换层间阳离子、水滑层中的水分子，从而导致了层间距的增大，这种中性分子也是容易被淋洗出层间域的。

②氢键吸附模式由于发现A1-蒙脱石吸附阿特拉津(Atrazine)的量比Ca蒙脱石高很多，认为Atrazine环上高电负性N与可交换水合阳离子的质子之间的氢键作用是蒙脱石吸附Atrazine的原因。

③不可逆交换吸附模式有机农药直接从蒙脱石层间提取可交换阳离子，并与这些提取的阳离子络合形成不溶性的化合物沉淀在蒙脱石外表面。

④质子吸附模式有机农药吸附到蒙脱石层间时是否发生质子化过程取决于层间阳离子有没有能力从有机农药分子上捕获到电子，Al-蒙脱石和Fe-蒙脱石既可发生质子化过程，也可不发生，而Ca-蒙脱石、Na-蒙脱石、K-蒙脱石一般不发生质子化过程。

⑤吸附分解模式Al³⁺和Fe²⁺极化水的较强酸性，使有机农药结构中某些基团(如含烯烃基，醇基，羟基，酯基等)的亲电性、键的强度发生变化，从而使吸附的有机分子发生分解。

孙家寿等在含氰电镀废水中加入FS01试剂后用累托石吸附CN-的试验中，发现在试验条件下，CN-可由27.2mg/L降为0.014mg/L，Cr⁸⁺由28.56mg/L降为0.16mg/L，其吸附能力与活性炭吸附能力相当。动态试验表明，处理后的废液不仅含Cr⁶⁺浓度低，而且颜色几乎透明。

用经聚丙烯腈接枝后皂化的凹凸棒黏土吸附Pb²⁺，结果见表4-9。

表4-9 经聚丙烯腈接枝后皂化的凹凸棒黏土吸附Pb²⁺效果

由表4-9可知，接枝后的凹土对Pb²⁺的去除率和吸附量都有明显的提高，这可能是由于皂化后的羧基和酰氨基与Pb²⁺发生了强的鳌合作用。吸附实验中测量pH值大约为8.0，在此pH值范围内羧基部分水解形成COO-有利于对金属离子的螯合。同时酰胺中的氮也具有强的与金属离子配位的能力，可形成一元或二元配合物。由接枝产物这种独特的分子组成，可推断其对其他的重金属离子同样有良好的吸附作用。接枝的高分子长链具有的吸附架桥作用，使其絮凝能力也有所提高，这可通过在离心分离的过程中接枝后的凹土所需的离心力(3000r/min)明显小于未改性的凹土(5000r/min)来证实。

采用热活化结合微波有机改性凹凸棒石黏土(凹土)，其对苯酚吸附的最佳工艺条件为：在100mL 0.01mol/L的苯酚溶液中加入2g改性凹土，用SHZ-82A型恒温振荡摇床进行吸附实验，在温度为25℃、振荡时间为25min、转速为120r/min、pH=2的条件下进行反应，苯酚去除率为可达99.76%。

文章来源：《水处理化学品手册》

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