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膨润土的有机改性及其应用

膨润土的有机改性原理与方法。有机膨润土在造纸工业中可用作助留劝滤荆; 与 P M组成微粒助留体系, CA 用作吸附剂处理造纸黑液、造纸过程中的树脂, 重金 处理印染废水以及含芳香类化合物、 属离子、 硫佩根离子和有机农药等的工业废水,并对这些领域中的应用前景作了展望。 关键词: 改性原理; 有机膨润土‘ 改性方法; 吸附; 微粒助留; 应用 废水处理; 膨润土伊 耐t e ) n     t e又名“ 、 斑脱岩”“膨土岩”是一种矿物成分以 , i 丽t D ) 蒙脱石脚。t而U e为主的 枯土岩。自 8 t n en 1世纪在美国怀俄明州B o 镇首 先发现钠基膨润土而得名Bn n , et i 因水易渗透进人其层间而膨胀, ot e 故 又称膨润土。蒙脱石是一种用途广、 用量大、资源储量丰富且价格低廉的非金属矿产资源, 全世界各大洲都 有2 自 ) 点, 有蒙脱石矿藏。我国的蒙脱石储量丰富, 6 个省( 治区 有矿( ) 5 以 其中 资源量达7 亿 t 上, 探明储量 B D 级储量2 亿t c + ( +) 3 大型以 , 上矿床 1个, 2 储量达 1石亿t 8 仅次于美国居世界第2 现开采量2 万t , 位, 0 , 1 左右1。      膨润土的主要矿物成分是蒙脱石, 其晶体结构是在2层硅氧四 面体中间夹着 1 层铝氧八面体, : 组成21 的层状硅酸盐结晶结构, 良 具有较大的比表面积与离子交换容量, 好的吸附性, 可用作絮凝剂处理工业废水 中的污染物。但由于其表面极强的亲水性, 原土) 处理有机物的 未经改性的膨润土〔 吸附 性能较差,而影响其 吸附性能冈。人们经常采用季按盐表面活性剂改性制成有机膨润土, 大大提高膨润土的吸附性能, 其去除水 中有机物的能力比原土高几十至几百倍气 膨润土在水处理中的应用可追溯到2 世纪3 年代,      0 0 0 0 但直到 2 世纪6 年代, 膨润土才逐渐被用来吸附 处理水中的有机物 2 0 问。 世纪8 年代以 膨润土在环境保护中的 0 来, 应用取得了较大进展, 它主要用于废水 净化处理、 废塑料处理、 油污处理、 城市垃圾处理、空气净化与废气处理、放射连废物和危险废物的处理1其; . 中用于废水处理的报道最多, 特别是有机膨润土极大改善了膨润土对有机物的吸附 性能,提高了废水中有机 物的去除率。有机膨润土在地下水及土壤污染修复方面的应用研究也取得了较大进展, 但迄今研究最多的 是将有机膨润土用于吸附处理水中的有机污染物, 并对吸附机理、规律及影响因素作了较深人的研究。 1 改性膨润土的吸附机理 Ll 物理吸附 由于废水中的吸附质与膨润土吸附剂问的分子引力作用,      膨润土可吸附废水中存在的污染物。物理吸 但由于吸附质与吸附剂作用力主要是范德华力门所以吸附选择性不强。 附在低温下就能进行, , J I 史换吸附      废水中的吸附质离子靠静电引力作用聚集到膨润土表面上时,膨润土释放等当量层间可交换性阳离子。 吸附结合力为离子 。 完成吸附过程, 键同 对有机离子吸附质, 大离子比小离子更易被吸附,因为有机大离子与 蒙脱石作用时不仅起阳离子交换作用.范德华力也起相当大作用,离子越大,范德华力越大,被吸附也越多 日 一般说来,     实际的废水吸附处理中往往是2 只 种吸附机理综合作用, 有在特定废水处理中某种吸附可能 是主要吸附行为。 2 有机膨润土的制备 14 一2- .1 2 众性原理 自然界中的 0 上是以      膨润土7%以 钙基形式存在的,钙基膨润土的吸附性能较差, 为提高其吸附性能及 在有机介质中的溶胀性、高分散 性和触变性,人们常对其进行有机改性。 利用有机改性剂的有机分子、 离子、 聚合物代替水化阳 以 离子进人膨润土层间, 共价键、 偶极键以 离子键、 及范德华力与之结合,从而形成有机膨 润土或有机膨润土复合物。 有机膨润土是指用有机阳      离子或有机化合物,取代蒙脱石层间可交换性阳 水, 离子或吸附 使其失去或部 分失去吸附水,生成的一种疏水亲油的膨润土— 有机复合物。 根据改性所用表面活性剂的不同, 可将有机 膨润土分为单阳离子、双阳离子、两性、 l q。 非离子及其他类型有机膨润土l 常用的有机改性剂是季按盐表面活 季铰盐阳离子与蒙脱石层问可交换阳离子( 要是钠离子) 性剂, 主 发生离子交换反直, 使有机基团覆盖于 蒙脱 石矿物表面,其表面性能由亲水疏油变为疏水亲油。与原土相比, 有机膨润土层间距明显增大, 性能也有较 大的改善。 22 改性 方 法 有机膨润土常用的改性方法有干法、      湿法与预凝胶法。 J1 Z . 干法      0 一0 % 干法是将含质量分数为2% 3 水的精选钠 ) 加 基膨润土他 可直接用钙基膨润土 与有机钮盖剂混合. 热均匀, 或经进一步烘干、 经挤压而制成含一定水分的有机土, 粉碎, 也可直接将其分散于有 制成粉状产品, 而且必须是钠基膨润土, 机溶剂中制成凝胶或乳胶体产品。此法对原料的纯度要求较高, 同时存在能耗高、 产品均一性差的缺点。 22) 湿法      经分离提纯、 湿法是将一定细度的膨润土粉配成一定质量分数的矿浆, 再加人长碳链有机 钠化改型后, 覆盖 有机阳 剂覆盖, 脱 层间 使层间 大至1 3 A形成疏 离子取代蒙 石 金属离子, 距扩 一 70 , 水性有 土; 经 机膨润 再 过滤脱水、 研磨粉碎制成成品。 千燥、 此法制得的成品均一性好, 但工艺复杂, 对于低品位的原 所需时间较长。 矿,要想获得优质有机膨润土, 必须使用湿法加工。 用于废水处理的有机膨润土常用湿法制备。 王玉洁等以吉林九台天然钙基膨润土和改性钠基膨润土为原料,      利用丙烯酞胺和十六烷基三甲基澳化 按制备有机膨润土, 该方法不仅可以 制备长链季绥盐有机土和小分子有机土, 而且直接用天然钙基膨润土也 可以制得较好的 1 刘兴奋等使用十 n 有机土 。 六烷基三甲 c 认B 内酞胺复合插层制备有机膨润 T / 基澳化按( h ) 己 土, T认B 结果表明其层间距均大于单阳离子 C 入 插层有机膨润土的层间距, : 复合插层制备的有机 其中以31 膨润土 对染料废水的吸附脱色 T A 插层膨润土, 率明显高于CM B 可用于 。 染料废水的吸附脱色处理网 王重等 采用河南信阳唠润土, 用季钱盐湿法制备有机膨润土, 对其性能进行了测定D飞 2 3 预凝胶法 .2 此法是将钠基膨润土分散、      提纯改性后, 在有机援盖过程中 加人疏水有机溶剂( ) 如矿物油 ,把疏水的有 机膨润上萃取进人有机相、 分离除去 水相,再蒸发除去残留 的水分.直接制成有机膨润土预凝胶。 预凝胶法与 干法都存在能耗高、 产品均一性差等缺点, 且对所用膨润土原土的品质和纯度要求较高, 并需要大量有机溶 剂。 3 有机膨润土在造纸工业中的应用 .1 3 用作很忿助留别 膨润土具确较大的比      表面积,并带有永久性负电荷,造纸中可与C M组成微粒助留 A P 体系,具有较好的 实现了 助留助滤性能 同时对成纸的匀度没有影响, 助留助滤与匀度三者间的合理优化。刘温霞、刘娜以柠 檬酸钠为改性剂制备液体有机膨润土作为造纸微粒助留、助滤剂。结果表明,柠檬酸钠液体有机膨润土具有 较好的流动性及微粒助留 果, 助滤效 尤其是放置4 f l 周后仍具有较好的效果 气 .2 3 处理造纸黑涣      其颜色深黑、 碱法造纸或硫酸盐造纸制浆过程中产生的蒸煮废水俗称黑液, 有机物含量高达 有臭味, 2一 一1 5 小1 0 且生 t 浆 生的 有1 0 直 排 会 重 染 境。目 国 外 理 液的 一 9 4 妙 , 产I 纸 产 黑液 52 淤, 接 放 严 污 环 前。 内 处 黑 方 法主要有碱回收法、 微生物法和絮凝沉降法。 电渗析法、 刘羽等以 孙家寿、 廉价的 经硅钦交联、 膨润上为原料. 研究其对造纸厂黑液经酸化絮凝处理水中C D 有机物改性制成有机交联膨润土, 结 O 的吸附性能。 桌表明:当 H 5B( , 有机交联膨润土用量为29 对H ) p 拼.TC ) 0 n 其对cD的吸附 4 班r 刃常温搅拌吸附6 而 后, 0 效率可达 1%, 5 ( ) 4. 掀 0 O= 3 6. 吸附容量为mC D 59 m 均 3 3 处理造纸树脂胶枯物的模拟体 树脂胶粘物是木材原料中的有机僧水性物质,      易在造纸过程中 沉积在湿部对生产过程和成纸的质量造 C e a ,卫 m和A sr Bui u l 成负面影响。 . o d R l e Es 研究并提出有机改性膨润土可有效防治造纸过程巾 胶枯物的沉 l ¥; 积〔 赵丽红、刘温霞采用聚胺对膨润土进行有机改性制备有机膨润土, 一 通过x射线衍射、 镜、 扫推电 红外光 谱分析与分光光度法研究了有机膨润土对松香酸的吸附能力。结果表明, 有机膨润土对造纸过侄中的树脂 胶粘物的 饱和吸附量高的 ” 模拟体松香酸具有吸附平衡时间短, 特点 飞 4 其他方面的应用 .1 4 处理染料度水      印染废水种类多、 有机物浓度高、 色度大、 具有高抗氧化性和高化学稳定性,是一种难处理的工业废水。 O 、O 色度与B DC D都是衡量印 染废水处理与回用的主要控制指标,脱色问 题一直是工业印染废水治理首要 解决的难题。      近年来利用有机膨润土对印染废水进行脱色处理的研究取得了 一定进展,吸附机理主要是物理吸附。 刘玉真、 岳钦艳、 伊 M A 口对膨润土 高宝玉等采用聚二甲基二烯丙基氯化按均聚物 D D A 进行改性,制得阳离子 研究其电动特性及对染料废水的 膨润土, 脱色效果。结果表明, ea 3 m 上; 其表面的Zt电位可高达+O V以 与钠 基膨润土、 阳 土的 o 去除 都高的多 阴 J 一 y 挂等 活性炭相比, 离子有机膨润 脱色率与CD 率 e 汕 。 a Hu e 研究了 DM 一 性2 B 十二烷基苯磺酸盐) H T A 膨润土对阴离子型染料酸 号橙和阴离子型表面活性剂D剐 的竞争吸附行 飞K d . O 】 a R 对】 为n on 二 R mk5 朋等比较了泥煤、钢厂矿渣、 有机膨润土以 及飞灰吸附处理染料废水的 效果。研究 飞灰和矿渣对酸性染料有较高的 发现, 脱色率;而有机膨润土和泥煤 对碱性染料的 闰 雄汉等 脱色率较高 。冯 研究了 有机膨润土混凝剂处理阳离子染料废水的性能, H反应温度、 考察了p 、 反应时间、膨润土用量、助剂、 素的 他采 无机盐等因 影响。 用酸和有机钱盐复合改性膨润土, 加I 阳 子染料废 投人劝) 对含1 n昨 离 水, 仪m爵 平均脱色率超过9%,O 的复合改性膨润土, 2 以 饱和吸附量明 9 C D去除率达9% 上, 浏 显优于原土 。 J 4 处理含芳香类化合物的有机皮水 芳香类化合物是染料、      医 杀虫剂等的重要原料, 炸药、 药、 难生物降解的化学物质。这类 是一类毒性大、 水的 废 处理大多 等 复合材料 采用膨润土 有机 剂。a o o 问 u w ihn 研 n b 作为吸附 s 于M K 等 和Y卜H ese的 究表明, TA 按 膨润土复合物对于非离子型污 含苯基的BM 序 基三甲 卜 染物苯酚具有良好的吸附性能。 卜H ih u Y w se e n BM 一 进行的吸附絮凝实验表明,T A 膨润土对苯酚具有较高的亲和力, 这可能是因为苯酚分子与有机膨润土 一 上的苯环通过, 二共扼效应而得到很好的结合浏。 A a a等探讨了 硝基苯、 抓一 . k日 Fr      水中 2 苯酚和4氯一 一 一 苯酚在正十 踢一 六烷基毗陡 膨润土复合 P膨润 物即D一 ) 土 上的层间吸附行为,表明污染物在有机土上的吸附程度与阳离子表面活性剂中烷基链的溶剂化效应有关 。A a . n t 究了 膨润 相中 类物 影响 素, 应时 初始浓 P 、 剂 网 F 』 a等研 有机 土吸附液 酚 质的 因 包括吸附反 间、 H 度、 溶 类型等闷。 
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