高嶺土在水處理和環保工程中的應用

高嶺土在環保中的應用

隨著工業文明的迅猛發展，人類對環境的汙染和破壞達到了足以威脅自身生存和發展的程度。環境汙染物的消除需要消耗大量的能源，給能源產業提出了嚴峻挑戰。尋找一種較為廉價的環境淨化材料，降低汙染物的處理成本，提高淨化效率，已成為環境保護中亟待解決的問題。

層狀矽酸鹽黏土礦物的儲量豐富、價格低廉。因其獨特的層狀結構而具有良好的吸附性能和離子交換性能，在廢水、廢氣及土壤修複等眾多環境治理領域表現出廣闊的應用前景。

高嶺土在水處理中的應用

水汙染是指水體因某種物質的介入而導致其化學、物理、生物或者放射性等方麵特性的改變，從而影響水的利用、危害人體健康或者破壞生態環境，造成水質惡化的現象。

對水源水的淨化

自20世紀70年代以來，氯消毒產生的副產物引起了人們的廣泛關注。1972年魯克博士在鹿特丹自來水廠首先發現處理後的飲用水中有三鹵甲烷。70年代中期美國環境保護署選定80個城市對原水和處理水中的X化物進行檢測，證實了飲用水中含有三直甲烷是普遍存在的現象。隨著檢測技術的改進，在自來水中還發現了其它消毒副產物，如鹵代乙酸、鹵代酮、鹵代醛、鹵代酚等，另外還有強致突變物3-氯-4-二氯甲基-5-羥基-2，5-呋喃酮等。因此，對水源水的淨化問題日益受到人們的關注。

對水源水的消毒

目前，自來水廠的混凝絮凝消毒大多數是使用無機高分子混凝絮凝劑和氯氣。氯氣作為消毒劑雖然殺死了病菌和微生物，但同時也產生了CHCl3、CCl4和CH2ClCOOH等一係列有毒有機物，它們都有嚴重的“三致效應”(致癌、致畸、致突變)。

陳瑞福等(2003)采用天然高嶺土為原料，加入一定量的A12O3、SiO2和Fe2O3，經與Na2CO3、KC1O3混合，高溫(750〜850℃)固相反應約3h後製得改性高嶺土，研究了改性高嶺土的不同Al/Si摩爾比、pH值和投加量對水源水的混凝絮凝除濁和殺菌效果的影響。結果表明，改性高嶺土在pH值為6.5〜8.5、Al/Si摩爾比為5.0(Al=10.5%,Si=2.1%,Fe=3.8%),劑量為200×10-6時對水源水的除濁和消毒效果較好。這是因為pH值在6.5〜8.5範圍內，改性高嶺土中鋁酸鹽生成了具有較高正電荷的高聚羥基鋁配離子，它的相對含量較高，對電負性的濁液有較強的電中和作用，同時改性高嶺土中的矽酸鹽生成聚矽酸，起到吸附架橋絮凝作用，生成的Al(OH)3膠體還具有卷掃絮凝作用。較高Al/Si摩爾比的改性高嶺土，雖然其高正電荷的聚羥基鋁配離子含量高，但起絮凝作用的矽酸含量低;較低的Al/Si摩爾比的改性高嶺土，雖然其矽酸含量較高，但高正電荷的聚羥基鋁配離子含量較低，所以較高和較低Al/Si摩爾比的改性高嶺土生產工藝較差。另一種原因是pH值為6.5〜8.5，改性高嶺土生成羥基鋁配離子的離子強度較大，水合能力強，結果使矽藻土溶膠表麵的水化膜變薄或水化膜脫附引起溶液中羥基鋁配離子的濃度變小，由稀釋熱引起的吸附能足以克服具有電負性矽藻土表麵電荷間的斥力，使其局部濃度升高，有效碰撞增多而發生凝聚。同時，高鐵酸鹽在氧化還原過程中轉化為具有優良絮凝能力的三價鐵離子和具有吸附作用的Fe(OH)3。

改性高嶺土加工技術對源水的殺菌效果表明，對於細菌菌落數為230個/mL、大腸菌群為3500個/L的源水，在pH值為6.5和確定投加量時，不同Al/Si摩爾比(3.5〜10)的改性高嶺土的殺菌效果顯著，細菌菌落數為23〜28個/mL，大腸菌群少於3個/L。這是因為改性高嶺土中的高鐵酸鹽具有強的氧化性，對源水中的細菌特別是對大腸菌群具有優良的殺死效能。在弱酸性條件下，高鐵酸鹽分解速率快，氧化性強，同時生成的Fe3+和Fe(OH)3以及羥基鋁配離子和矽酸的混凝絮凝吸附作用增強了去除細菌的效能。淨化水的濁度低於2.5NTU，細菌菌落數為23個/mL，總大腸菌群小於3個/L，均達到國家飲用水標準。pH值為10.5以上幾乎無除濁效果。

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