蛭石改性及其在水處理中的應(yīng)用研究進展

摘 """""要：蛭石是我國新疆的特色礦產(chǎn)之一，是一種層狀黏土礦物，具有獨特的高膨脹性和良好的吸附性能，因此被廣泛用于農(nóng)業(yè)、建筑、冶金、化工、電力、環(huán)保、交通等領(lǐng)域，尤其在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用十分引人注目。介紹了蛭石的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，并綜述了對其進行改性的方法以及將其用于水處理方面的研究進展，并對其吸附機理進行了闡述。最后，針對目前對改性蛭石的研究中存在的問題提出了今后可能的發(fā)展方向。

關(guān) "鍵 "詞：蛭石；"改性；"水處理

中圖分類號：TQ050.4+3 """""文獻標(biāo)識志碼："A """""文章編號："1004-0935（20202024）0×12-1876-07

水是生命之源，是全人類發(fā)展生存的堅實基礎(chǔ)。但中國人口稠密，人均水資源份額僅占世界人均水資源份額的1/4，被聯(lián)合國普遍認(rèn)為水資源最稀缺的13個國家之一^[1]。另一方面，當(dāng)前全球經(jīng)濟快速發(fā)展，工業(yè)化程度將不斷提高，越來越多的城市污水和工業(yè)廢水進入自然水體，使河流、湖泊和地下水污染嚴(yán)重^[2]。特別是化工、電子、機械制造等生產(chǎn)制造過程中形成鉛、鎳等重金屬陽離子流入水資源會造成水體重金屬陽離子污染，水中重金屬陽離子可能引發(fā)水生植物和動物中重金屬的積累，并通過食物鏈引發(fā)人類重金屬中毒^[3]。

故此，通過探索處理水體污染的方法，對水污染進行修復(fù)的研發(fā)實踐，可以實現(xiàn)很大的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益^[4]。

1 "蛭石簡介

眾所周知，地球具有極其強大的自凈能力。各種污染物進入泥土的凈化過程有賴于泥土中的黏土礦物，即含水的層片狀硅酸鹽礦物^[5]。其中，蛭石（vermiculite，（VER））就是一種常見的黏土礦物。蛭石是我國新疆的特色礦產(chǎn)之一，是一種層狀黏土礦物，因其膨脹后形狀類似水蛭而得名。新疆的儲量約占全國蛭石儲量的90%以上^[6]。因此，蛭石的有效合理利用可以帶動新疆的經(jīng)濟發(fā)展，為我國實現(xiàn)西部大開發(fā)的戰(zhàn)略目標(biāo)添磚加瓦。

蛭石是一種水化的鋁、鐵、鎂硅酸鹽，屬于硅酸鹽礦物亞類，具有天然、無毒、高膨脹率和層板帶負(fù)電等主要特征。蛭石的主要成分包括SiO₂、MgO、A1₂O₃、Fe₂O₃、K₂O及H₂O，化學(xué)結(jié)構(gòu)式為（Mg，Ca）_0.3～0.45（H₂O）_n{（Mg，F(xiàn)e，Al）₃（Si，Al）₄O₁₀]OH）₂}。它的外觀與云母類似，具有層流性和完美的紡絲葉理；蛭石顏色多變，有棕色、黃綠色或棕綠色；另外，蛭石密度較低，為2.4～2.7 g·cm^-3。蛭石的這些特征來自它的結(jié)構(gòu)，它是由1個八面體層O在2個四面體T層之間，構(gòu)成T-O-T片^[7]，具有典型的"""2∶1陽離子型層狀，包括2個硅氧四面體和鋁氧八面體，以鉀為層間陽離子^[8]。蛭石的層電勢由層間的能夠替換陽離子協(xié)調(diào)，首要由Al³⁺取代硅氧四面體[SiO₄]構(gòu)造單元中的Si⁴⁺出現(xiàn)的殘存電荷引起，一部分原因為Fe³⁺、Al³⁺取代鎂氧八面體結(jié)構(gòu)層的Mg²⁺構(gòu)成的剩余正電荷，彼此相互抵消后的凈負(fù)電荷即為永久電荷^[8]。蛭石具有典型的二維層狀結(jié)構(gòu)，層間可以插入分子或離子是二維層狀結(jié)構(gòu)材料的主要特征，也是構(gòu)建其他新型功能材料的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)^[9]。蛭石結(jié)構(gòu)中可膨脹的層間域膨脹率高，可達到10～30倍，并且具有良好的陽離子交換性、膨脹性、吸附性等特性^[10]。蛭石結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

2 "蛭石的改性

蛭石在使用前需要經(jīng)過剝離預(yù)處理，形成多級的層狀結(jié)構(gòu)。最常用的剝離方法為熱處理方法，制備形成膨脹蛭石。然而，膨脹蛭石還有顆粒大和比表面積較小等劣勢，所以需要繼續(xù)剝離和純化，主要的剝離和純化方式有：機械粉碎、超聲和化學(xué)剝離等方法^[11]。另外，為擴大蛭石的適用范圍，還將蛭石與不同的無機物、有機物進行復(fù)合，用于不同的領(lǐng)域^[12]。

2.1 "熱處理改性

蛭石的晶體結(jié)構(gòu)中含有水分子，水分子在受熱時快速汽化，產(chǎn)生的蒸汽壓力可以使蛭石的層間結(jié)構(gòu)被撐開，體積迅速膨脹，可達到原有體積的幾倍甚至十幾倍，獲得膨脹蛭石^[13]。蛭石層間水的含量取決于蛭石層間陽離子的種類及蛭石所在環(huán)境中的溫度與濕度。在正常的溫度與濕度條件下，當(dāng)蛭石層間離子為水合能力較高的Mg²⁺時，單位化學(xué)式可含4～5個水分子，而當(dāng)層間離子為水合能力較弱的Cs⁺時，層間可以幾乎不含水分子。蛭石層間最多可含2層水分子^[13]。蛭石在高溫煅燒時，層間水分子受熱汽化產(chǎn)生壓力使結(jié)構(gòu)迅速撐開，體積瞬間急劇膨脹，蛭石層間少數(shù)片層被打開，晶體結(jié)構(gòu)完整，仍保留本身的陽離子交換性和吸附性，可將膨脹蛭石用于重金屬離子的吸附及有機污染物的降解^[14]。

田維亮等^[10]分別研究了加熱及微波法對蛭石進行膨脹剝離的區(qū)別及其機理，結(jié)果表明，蛭石的顆粒越大，微波的功率越高，對蛭石進行膨脹后蛭石的膨脹率越高。熱剝離法的適宜溫度為700 ℃，處理時間為90 s。微波法的適宜功率為700 W，反應(yīng)時間為110 s。加熱膨脹和微波膨脹均為蛭石膨脹的有效手段，而微波法具有低能耗的優(yōu)勢。張乃嫻等^[15]研究表明，蛭石受熱至500 ℃時，交叉水流失，但再遇到水時會發(fā)生水合；環(huán)境溫度超過700 ℃后，花崗巖不能再次水化合成膨脹蛭石。胡光鎖等^[16]對蛭石實施受熱處理，并專門研究了減小環(huán)境溫度對其膨脹特性的外界影響。結(jié)果表明，蛭石的單片表面積膨脹率和集合膨脹率均隨著溫度的升高而增加，但當(dāng)溫度低于600 ℃后，表面積膨脹率減小緩慢。杜彥召等^[17]運用新式電磁加熱法膨脹蛭石，并與電熱受熱900 ℃法合成的熱膨脹蛭石展開比較分析。結(jié)果表明，2種方式制取的膨脹蛭石內(nèi)部結(jié)構(gòu)有所不同，電磁法取得的樣本層與層彼此之間分離徹底，交叉孔隙多，膨脹比值大，且層寬度變化小，膨脹蛭石不發(fā)脆。MARCOS等^[18]對來自不同地方的花崗巖的膨脹特性進行研究，結(jié)果表明，各地花崗巖在1 000 ℃受熱后膨脹比值有差異的原因在于不同來源的蛭石中Fe³⁺和Fe²⁺的濃度不同，F(xiàn)e³⁺含量大的花崗巖膨脹性能不太好。霍小旭等^[19]對物態(tài)組成簡單的新疆尉犁花崗巖進行低溫收縮實驗研究，結(jié)果表明，蛭石收縮值與蛭石及蛭石混層礦石含量有間接聯(lián)系，并和花崗巖混合礦石含量的外界影響有關(guān)系。苗朝等^[20]對新疆尉犁蛭石樣本采用電磁加熱法收縮改性，深入討論了不同電磁輸出功率和作用時間下花崗巖的表面積膨脹率、密度和品質(zhì)變動。結(jié)果表明，輸出功率不小于320 W、接觸時長為90 s時，獲得膨脹蛭石的膨脹比值超過4.5，電磁加熱法獲取的膨脹花崗巖蛭石樣本的最大膨漲比值約是4.5，且有與白云母礦物質(zhì)相似的晶格微觀結(jié)構(gòu)。

2.2 "酸處理改性

蛭石酸化改性主要目的是增加其比表面積，增大其離子吸附能力^[21]。張玉等^[21]研究了鹽酸及硫酸對蛭石酸處理改性的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)經(jīng)酸處理的蛭石，其八面體、四面體及層間的部分Al³⁺、Ca²⁺、Na⁺等離子浸出，可以提高蛭石的陽離子交換容量，便于其用于廢水處理等領(lǐng)域。

MAQUEDA等^[22]采用孔隙小于80 μm的花崗巖，將其在鹽酸中浸泡1天后，花崗巖的比表面積由酸化前的15.4 m²·g"^-1增加為720 m²·g"^-1。彭同江等^[23]用濃度有所不同的稀鹽酸對蛭石進行酸化改性，深入探討樣本在酸處理進程中有各種不同陽離子浸出情形以及酸化后的酸化產(chǎn)物內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，闡釋了蛭石層間礦石酸化整個過程中的溶出情形和酸化機理。結(jié)果表明，層間可互換陽離子鈣離子和鈉離子的氧化物的酸浸出率最強，交叉無法替代的陽離子鉀離子的氧化物居次，八面體中酸溢出率較大的有Mg²⁺、Al³⁺、Fe³⁺，然而酸溢出率很小的是四面體陽離子的氧化物SiO₂。由此可見，可以經(jīng)過限制酸處理時的工藝變量來更改蛭石的化學(xué)組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進而改變其化學(xué)活性。王麗娟等^[24]使用不同濃度的鹽酸對蛭石進行改性，探討其層間電荷的調(diào)控機理，結(jié)果表明，在酸化蛭石進程中，陽離子Si⁴⁺、Al³⁺都被浸出，與此同時Si⁴⁺比Al³⁺擇優(yōu)浸出，然而八面體 Al³⁺比四面體Al³⁺擇后浸出，Al與Si原子比的提高，使蛭石的永久電荷增加，然而陰離子互換儲量呈先減小后增大的變化趨向。進行改性后的蛭石的互換能力增加同其永久電荷減小有不可分割的關(guān)聯(lián)，永久電荷減小使交叉陽離子與結(jié)構(gòu)層聯(lián)合更不結(jié)實，因而容易被替換。蛭石在酸處理過程中層間離子變化過程如圖2所示。

首先是蛭石的層間陽離子被H⁺交換（b）；之后蛭石結(jié)構(gòu)中八面體中的陽離子浸出，更多H⁺進入層間，層間出現(xiàn)空穴（c）；之后，蛭石的層狀結(jié)構(gòu)遭到破壞（d）；隨著酸的加強，最終蛭石的八面體完全被破壞，形成無定形的SiO₂（e）^[25]。

2.3 "過氧化氫處理改性

除了用酸對蛭石進行處理之外，也可用過氧化氫對蛭石進行改性。過氧化氫可與蛭石的層間水分子產(chǎn)生交換作用，進入蛭石層間區(qū)域，并在蛭石結(jié)構(gòu)里的鐵離子催化作用下產(chǎn)生分解作用，產(chǎn)生氣體，加速蛭石的膨脹^[26]。

劉德春等^[27]用粉體蛭石為原料，以過氧化氫作為蛭石的膨脹劑，并且選用十六烷基三甲基溴化銨（HDTMA·Br）對膨脹蛭石進行有機插層。研究結(jié)果表明，當(dāng)過氧化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％時，可以使蛭石層間距由1.46 nm膨脹至2.68 nm，有很好的膨脹效果。解顏巖等^[28]同時以草酸和過氧化氫對蛭石進行膨脹處理，研究了膨脹劑對蛭石的膨脹倍率及其柔韌性的影響。結(jié)果表明，若在膨脹過程中蛭石的膨脹過于劇烈，將提高膨脹蛭石顆粒的剝離性，但會降低樣品的柔韌性，從而在機械破碎的過程中更易破碎。因此，實驗探索出用草酸和過氧化氫聯(lián)合處理蛭石，輔助微波進行膨脹的方法，獲得了一種在蛭石的膨脹性和柔韌性之間取得平衡的膨脹方式。錢玉鵬等^[29]采用過氧化氫浸漬結(jié)合熱處理的化學(xué)-熱處理法對蛭石進行膨脹處理，研究了過氧化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)、浸泡時間及熱處理溫度等實驗條件對蛭石膨脹的影響，結(jié)果表明，過氧化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%、固液比為1∶4、浸泡時間為25 h后在300 ℃下進行熱處理對蛭石的膨脹效果最好。過氧化氫能使蛭石的膨脹倍率較大，而且不會引起蛭石層狀結(jié)構(gòu)的破壞，不影響蛭石的熱性能，并且可以保持蛭石的原始層狀結(jié)構(gòu)強度，經(jīng)化學(xué)處理后的膨脹蛭石在高溫條件下也形成新的物相。

2.4""有機物插層改性

蛭石的有機插層改性主要是利用蛭石的層間陽離子具有可交換性，通過陽離子交換，使有機陽離子進入蛭石的層間區(qū)域，用有機陽離子中和蛭石層間結(jié)構(gòu)中剩余的負(fù)電荷，降低蛭石片層的表面能，進而增加蛭石與有機物之間的親和性^[30]，制備出可以吸附有機物的復(fù)合材料。

陳志坤等^[30]利用NaCl溶液對蛭石進行鈉化處理，再以十六烷基三甲基溴化銨（HDTMA·Br）為插層劑，對鈉化蛭石進行有機插層，并用X射線衍射（XRD）及掃描電鏡（SEM）等測試手段對改性蛭石進行表征。結(jié)果表明，蛭石的粒徑和其片層狀結(jié)構(gòu)的完整程度對鈉化處理效果有較大影響，片層狀結(jié)構(gòu)越完整、粒徑越大的蛭石，經(jīng)鈉化處理后，可插層性越高。HDTMA·Br中的HDTMA⁺在蛭石層間主要以傾斜雙層的方式排列。插層處理后，蛭石的層間距大幅提高，有利于改性蛭石接下來在其層間可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的進行。

吳平霄^[31-32]用HDTMA·Br改性蛭石合成有機插層蛭石，并對HDTMA在蛭石層間的排列方式及蛭石與HDTMA的結(jié)合方式進行了理論研究。研究結(jié)果表明，HDTMA陽離子以傾斜立式在層間排列，傾角大約為57°；HDTMA的加入量對其與蛭石的結(jié)合方式影響很大，HDTMA較少，其與蛭石主要以離子交換的方式結(jié)合，當(dāng)其加入量較大時，吸附也是一種重要的結(jié)合方式。另外，研究結(jié)果表明，HDTMA進入蛭石后不易被解吸下來。SLADE等^[33]通過X射線衍射結(jié)果解釋了HDTMA改性蛭石在不同情形下的層間結(jié)構(gòu)的不同，并闡明了改性蛭石所構(gòu)成的高階層內(nèi)部結(jié)構(gòu)。HDTMA·Br有機插層改性蛭石的層間結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖中分別展示了HDTMA陽離子以不同方式（銨鹽所表示的頭部朝上或朝下）存在于蛭石層間的結(jié)構(gòu)。劉月迎等^[14]用溴代十六烷基吡啶、磷酸三丁酯2種能夠讓材料物質(zhì)形態(tài)或性質(zhì)改變的試劑對粗蛭石和膨脹蛭石進行改性，并探討了蛭石層間水含量對插層動力學(xué)的影響。

2.5 "無機物改性

無機物對蛭石進行改性主要通過“柱撐”和“真空浸漬”等方式。

“柱撐”技術(shù)是20世紀(jì)70年代左右發(fā)展起來的對黏土礦物進行活化改性的方式。通過“柱撐”，可以提高黏土礦物如蛭石的層狀結(jié)構(gòu)層間距，提高其穩(wěn)定性、比表面積及表面活性等性能^[34]。經(jīng)過柱化劑的柱撐改性后，蛭石等黏土礦物具有孔徑大、比表面積大、耐熱性好、表面酸性強等特點。常用的柱撐劑有羥基鋁（OH-Al）、羥基鐵（OH-Fe）、羥基鐵鋁（OH-Fe-Al）等^[35]。

劉勇等^[36]先對蛭石進行酸處理及熱處理，后用羥基鋁試劑（Keggin離子）對其進行了柱撐改性，并利用改性蛭石吸附磷酸根試劑，對改性蛭石的結(jié)構(gòu)及吸附性能、吸附模型進行了研究。研究結(jié)果表明，羥基鋁柱撐改性的蛭石與原蛭石相比，其平衡吸附量增大，改性蛭石對磷酸根的吸附除物理吸附外還存在化學(xué)吸附。魏柏等^[37]利用自制的聚羥基鋁對蛭石進行柱撐改性，制得Al-VMT，并研究了其對Sb（Ⅲ）的去除效果。結(jié)果表明，改性后的蛭石層間距增大、表面微孔增多，蛭石內(nèi)的Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺等離子被置換出來，Al元素以及—OH等官能團增多，且蛭石的晶體結(jié)構(gòu)并未改變。改性蛭石對Sb（Ⅲ）的吸附機理主要包括靜電吸附以及與羥基的配位絡(luò)合等，其對Sb（Ⅲ）有較高的吸附效率。

無機物對蛭石進行改性的方式還有“真空浸漬”法。XIE等^[38]利用真空浸漬的方式，將質(zhì)量比1∶1的共晶水合鹽Na₂SO₄·10H₂O-Na₂CO₃·10H₂O與熱膨脹蛭石復(fù)合，制成形狀穩(wěn)定的相變材料（PCM），有望將其用作建筑儲能和絕緣材料。蛭石與共晶水合鹽復(fù)合示意圖如圖4所示。

研究結(jié)果表明，通過真空浸漬的方法將傳統(tǒng)的相變材料與膨脹蛭石復(fù)合，解決了傳統(tǒng)液態(tài)PCM的泄漏問題，為建筑儲能材料的制備提出了新的解決方案。

3 "改性蛭石在水處理方面的應(yīng)用研究進展

在自然環(huán)境保護方面，主要是利用改性蛭石優(yōu)異的吸附性能和離子交換功能吸附廢水中的有害物質(zhì)。蛭石優(yōu)異的吸附能力主要由其表面化學(xué)組成和其結(jié)構(gòu)特性所決定：層間的陽離子使其具備較強的陽離子交換能力；晶體邊緣的殘缺鍵使其具備一定的陰離子交換能力；結(jié)構(gòu)中的羥基等官能團使其具有氫鍵結(jié)合力^[39]。

3.1 "改性蛭石用于重金屬廢水的處理

礦山開采、冶金和皮革等行業(yè)會產(chǎn)生大量含重金屬離子的廢水。廢水中的重金屬離子污染嚴(yán)重，危害大，處理困難，因此對重金屬廢水的處理十分必要。蛭石以及改性蛭石由于其優(yōu)異的吸附能力被廣泛用來處理含重金屬離子的廢水^[40]。而蛭石表面存在大量的羥基官能團，可以與重金屬離子進行絡(luò)合反應(yīng)^[8]，所以重金屬離子可以通過表面絡(luò)合的方式被蛭石或改性蛭石吸附。

張瑩等^[41]先對蛭石進行鈉化處理，而后用十六烷基三甲基溴化銨（CTMAB）對其進行有機插層改性，最后將改性蛭石用于吸附汞離子。實驗研究了蛭石的改性條件、溶液pH、固液比等因素對于改性蛭石吸附性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)蛭石采用"""""1 000 ℃的熱膨脹后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的CTMAB進行插層后，在pH為5、蛭石用量為0.1 g時，吸附效果最好，吸附效率可達93%。

劉云等^[42]分別研究了十二烷基磺酸鈉作為有機柱撐劑的柱撐蛭石以及聚羥基鋁作為無機柱撐劑的柱撐蛭石對于Cu²⁺、Cr²⁺以及Cd²⁺"3種重金屬離子的吸附效果。研究結(jié)果表明，經(jīng)過柱撐后的改性蛭石比原蛭石對于重金屬離子的吸附性能提高。另外，吸附性能受到重金屬離子的初始濃度、pH等因素的影響。改性蛭石對于重金屬離子的吸附機理為單分子吸附，可以用Elovicb方程和雙常數(shù)方程進行擬合。

吳彩文^[43]分別利用熱膨脹、氯化鈣改性、硫酸改性以及氧化鋅改性的方法對原蛭石進行了不同方式的改性，改性蛭石的 SEM 照片如圖5所示。

結(jié)果表明，4種改性方式中，高溫改性對蛭石的層間距影響最大；CaCl₂改性后，蛭石的結(jié)晶程度變化較大，表面疏散，孔洞增大；硫酸改性對蛭石的結(jié)構(gòu)影響不明顯；氧化鋅改性后，蛭石層狀結(jié)構(gòu)有一定的破壞，表面積增大?？傊@幾種改性方式都提高了原蛭石的比表面積，為重金屬離子的吸附提供了條件。利用改性后的蛭石對水中的Pb²⁺、Ni²⁺進行了吸附實驗，實驗結(jié)果證明了前人的結(jié)論，即改性蛭石對重金屬離子的吸附效果受到重金屬離子的初始濃度及吸附時間的影響。

綜上所述，蛭石和改性蛭石對水中的重金屬陽離子均有良好的吸附效果，而蛭石的改性可以有效地提高其對水中重金屬陽離子的吸附性能。

3.2""改性蛭石去除水中有機污染物

有機改性蛭石由于其高的比表面積和與有機基團的親和性被大量用于去除有機染料^[39]。

向偉等^[44]利用溴代十六烷基吡啶對蛭石進行有機插層改性，并用改性后的蛭石處理有機染料甲基橙和結(jié)晶紫，研究了其吸附動力學(xué)。實驗結(jié)果表明，改性蛭石比蛭石對于有機染料的吸附性能均有所提高，且動力學(xué)數(shù)據(jù)表明其吸附為化學(xué)吸附，符合二級動力學(xué)模型。另外，實驗發(fā)現(xiàn)，改性蛭石的循環(huán)使用性能良好，10次循環(huán)使用后對于有機染料的吸附率均能達到90%以上。

徐景華等^[45]研究了利用溴化十六烷基三甲銨對原蛭石進行有機插層改性后的改性蛭石對于水中有機物萘胺、萘酚、苯胺以及苯酚的吸附性能。研究結(jié)果表明，有機插層改性后的蛭石對水中有機物的吸附機理比較復(fù)雜，既有水相與有機相之間分配過程，又有物理吸附、靜電吸附和離子交換等過程。

3.3""改性蛭石絮凝除藻

水中藻類過度繁殖造成的水華現(xiàn)象使我國多地的水源地面臨著嚴(yán)重的藻污染。水華現(xiàn)象會破壞水體生態(tài)平衡，同時藍(lán)藻還能分泌毒素，被毒素污染的水經(jīng)過水循環(huán)進入人體，從而會造成各種疾病，因此去除水中的藍(lán)藻十分必要。而改性蛭石用于去除水體中的藍(lán)藻是一種很有前景的方法^[46]。

盧艷秋等^[47]利用殼聚糖包覆的蛭石處理水華微囊藻，研究了改性蛭石對于微囊藻的絮凝能力，確定了殼聚糖改性蛭石的最佳物質(zhì)的量比，并且研究了藻密度、初始pH、藻類生長周期對除藻效果的影響，得到了以上參數(shù)的最佳實驗值。另外，通過對絮凝體系zeta電位的測定，發(fā)現(xiàn)殼聚糖的改性增大了蛭石表面的Zeta電位，提高其對藻類的絮凝能力。MIAO等^[48]使用鹽酸改性蛭石去除水體中的銅綠微囊藻。結(jié)果表明，鹽酸改性蛭石使蛭石的孔徑增大，層狀結(jié)構(gòu)更清楚，能夠更好地附著藻類。鹽酸改性蛭石主要通過電中和、化學(xué)橋接和網(wǎng)狀作用使藻類細(xì)胞凝固。蛭石通過鹽酸改性后能夠增加藻類凝聚效果，在凝聚后8 min內(nèi)，可以去除89％的藻類。

3.4 "改性蛭石去除水中氨氮

氨氮會引起水體富營養(yǎng)化，還會促進微生物的大量繁殖，從而在一些輸水設(shè)備中形成生物垢，給生活和工業(yè)用水的處理帶來很大困難。因此在水處理中，氨氮的去除也十分關(guān)鍵^[49]。張佳萍^[50]研究了蛭石及鈉改性蛭石對水中氨氮的吸附能力，結(jié)果表明，蛭石對于氨氮的吸收機理為陽離子交換，溶液最佳pH為4～8，用于處理的蛭石大小過100目（0.150"mm）篩為宜。最后，鈉改性蛭石比原蛭石的吸附量明顯提高。胡日利等^[51]研究了蛭石吸附氨氮的影響因素，結(jié)果表明，蛭石對氨氮的吸附主要通過離子交換作用。蛭石對氨氮的吸附量能夠提升到20.83 mg·g^-1，并且陽離子交換的速度快，5 h內(nèi)就可到達平衡。

3.5""改性蛭石去除水中磷酸鹽

磷元素是造成水體富營養(yǎng)化的一個關(guān)鍵因素。鄧雁希等^[52]深入研究了用膨脹蛭石清除水中無機磷酸鹽的過程，結(jié)果表明，原蛭石對磷的去除效果較差，經(jīng)過700 ℃高溫處理后的膨脹蛭石對磷有優(yōu)良的去除特性。蛭石最適宜用量為0.5 g·（100 mL）^-1，在磷污水質(zhì)量濃度為10 mg·L^-1、pH為7.5～7.6時，在短時間內(nèi)就能到達99%以上的去除率，因此蛭石可用來去除污水中的磷。萬芒^[53]研究了不同方法改性的蛭石對水中磷的吸附性能，結(jié)果表明，除磷效果最好的是鑭改性蛭石。另外，通過盆栽實驗證明，植物對磷的吸收可以促進改性蛭石對水中磷的吸附。這種結(jié)合植物吸收的方法為水體中磷的去除提供了新的研究思路。

4 "結(jié)論與展望

蛭石來源廣泛，儲量豐富，成本低，吸附能力好，具有天然的凈化功能，是一個用途廣泛的非金屬礦，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、建筑、冶金、化工、電力、環(huán)保、交通等領(lǐng)域。目前，我國對于蛭石的開發(fā)和使用仍停留在探索階段，許多產(chǎn)品仍處于空白狀態(tài)，發(fā)展?jié)摿薮?。正是由于蛭石有良好的吸附性能、較好的離子交換性，借助于其物理性質(zhì)、化學(xué)組成、晶體結(jié)構(gòu)等特性，通過一定的實驗方法，改性蛭石才能更好地去除水中氨氮、重金屬離子、磷酸鹽、印染廢水、石油有機污染物、稀土離子等，盡可能地減小水污染。如今，蛭石和多種無機/有機材料的復(fù)合，構(gòu)建了多種功能的吸附材料，逐漸成為該領(lǐng)域的研究熱點。另外，在未來的開發(fā)過程中，改性蛭石的工業(yè)化生產(chǎn)正越來越多地引起科研工作者的興趣，也必將成為該材料的一個發(fā)展方向。

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Research Progress in Modification of Vermiculite

and Its Application in Water Treatment

SHAN Jie， MAITISAIYIDI·Tunnisa， QI Yanjie， WU Xia

（Changji University， Changji Xinjiang 831100， China）

Abstract：""Vermiculite is one of the characteristic minerals in Xinjiang. It is a kind of layered clay mineral with unique high expansibility and good adsorption properties， so it is widely used in agriculture， construction， metallurgy， chemical industry， electric power， environmental protection， transportation and other fields， especially in the field of water treatment. In this paper， the structure and properties of vermiculite were"introduced， the modification methods and the research progress of its application in water treatment were"reviewed， and the adsorption mechanism of vermiculite was"described. Finally， in view of the existing problems in the research of modified vermiculite， the possible development direction in the future was"put forward.

Key words："Vermiculite; Modification; Water treatment