龔文琪
（武漢理工大學資源與環境工程學院，湖北武漢 430070）
壹、內容簡介
1）實驗結果表明，插層劑的加入量影響蒙脫石有機插層復合物的晶層間距，制備蒙脫石有機插層復合物的最佳插層劑加入量為120%CEC，此時制備的鈣基蒙脫石有機插層復合物（GY）的晶層間距由鈣基蒙脫石（原土）的1.556nm提高到1.818nm，鈉基蒙脫石有機插層復合物（NY）的晶層間距由鈉基土（鈉化土）的1.296nm提高到2.045nm。有機改性後的蒙脫石對Cr（Ⅵ）的吸附效果明顯高於原土和鈉化土，其吸附去除率隨改性時插層劑加入量的增大而增大，當超過100%CEC後則對低濃度Cr（Ⅵ）廢水的吸附去除率不再隨插層劑加入量的增大而增大。吸附去除率受pH值、反應時間、吸附劑投加量和廢水初始濃度等因素影響。蒙脫石有機插層復合物吸附的最佳pH值為3，吸附平衡時間為60 min，吸附去除率隨吸附劑投加量的增加而增加，隨初始濃度的增加而降低。在最佳實驗條件下即pH值為3，吸附反應時間為60 min，吸附劑投加量為2 g/100 mL時對含Cr（Ⅵ）廢水吸附去除率達98%，處理後廢水的殘留濃度低於國家規定的排放標準。研究表明，Cr（Ⅵ）在水中主要以 、 等陰離子基團存在，很難進入蒙脫石層間，因此原土和鈉化土的吸附效果不佳。而十六烷基三甲基溴化銨插層劑不僅通過陽離子交換，而且通過疏水鍵吸引作用進入層間，插入量超過100%CEC，使層間距顯著提高，吸附效果明顯改善，因此能有效去除廢水中的Cr（Ⅵ）陰離子。
2）采用無機-有機柱撐技術，以湖北鐘祥天然鈣基累托石為原料，經過選礦提純，鈉化改型，用TiCl4制備柱化劑，然後用該柱化劑和十六烷基三甲基溴化銨在不同條件下對鈉基累托石進行無機-有機柱撐。鈉化後累托石膠質價為鈉化前的7.5～16倍，膨脹性能提高了5～25倍，膨潤值提高了約10倍。流變性、濕幹壓強度均顯著提高。柱化劑的制備通常采用堿液水解AlCl3制備羥基鋁Keggin離子作為柱化劑，而采用的羥基鈦離子直徑大於羥基鋁離子，以它作柱化劑可獲得更大層間距，但其制備較為復雜，不易控制。特別是TiCl4在空氣中極易水解，研究采用在氮氣環境中進行反應解決了這壹問題。研究嘗試在無機柱撐形成的柱撐累托石的基礎上用十六烷基三甲基溴化銨進壹步進行無機-有機柱撐，這樣可以更加有效地撐開膨潤土的層間距，並且其熱穩定性也得到明顯改善，從而得到更優品質的柱撐產品。通過無機-有機柱撐累托石對含Cr（Ⅵ）廢水的吸附處理條件優化正交實驗，確定了吸附處理工藝條件，吸附去除效果達到98.0%。實驗研究表明，無機-有機柱撐累托石對含Cr（Ⅵ）廢水的吸附去除效果明顯高於原土和鈉化土，是壹種性能優良的新型粘土礦物功能材料。
3）利用針鐵礦處理含鉻模擬廢水以及大冶有色金屬公司的實際廢水的實驗，得出了最佳吸附處理條件，對鉻離子的吸附去除率最高達到98.26%。用吸附了鉻離子的針鐵礦進行的二次吸附實驗，去除率達到80%左右，表明該針鐵礦可以重復利用。淡水介質中的解吸實驗（條件同吸附實驗，樣品吸附時的初始濃度為20mg/L）發現，Cr3＋的解吸率為0.318%， 則為9.64%，表明針鐵礦對重金屬離子具有較強的固定能力。
目前制約礦物材料在含重金屬廢水處理中應用的主要問題是礦物材料吸附重金屬離子後的解吸、再生與重金屬離子的回收。吸附了重金屬離子的礦物材料如不再生處理，會形成固體廢棄物，侵占土地並造成二次汙染。現在，國內外的礦物材料再生主要采用酸、堿、鹽等化學試劑或強熱、磁場、微波等方法再生。這些方法要麽再生效果不佳，要麽使礦物結構發生改變，使礦物材料無法多次重復使用。項目采用液膜乳液提取技術使礦物材料吸附重金屬離子後解吸、再生並重復使用，使重金屬離子得到回收，避免造成二次汙染。該技術經過對多種重金屬離子（Cu2＋、Pb2＋、Cr3＋、Ni2＋）及礦物材料（累托石、膨潤土、沸石）的反復試驗，均取得了良好的效果並已申請國家發明專利（回收礦物材料界面重金屬離子的液膜乳液技術）。
二、推廣應用
本項目所取得的成果具有創新性，為有效去除廢水中的重金屬離子提供了高效價廉的粘土礦物水處理劑，同時也為我國豐富價廉的粘土礦物原料開辟了新的應用領域，具有理論意義與應用前景。
例如，我們制備的蒙脫石有機插層復合物、無機-有機柱撐累托石及針鐵礦等水處理功能材料對含鉻廢水的吸附去除率均達到98%，經處理後的殘留濃度低於國家規定的排放標準（0.5 mg/L）。對於大冶有色金屬公司冶煉廠的含重金屬實際廢水的處理也取得了成功。