粘土礦物吸附水體中重金屬離子的研究進展

張 媛

（1.蘭州交通大學機電學院；2.蘭州交通大學機電技術研究所,蘭州 730070）

粘土礦物吸附水體中重金屬離子的研究進展

張 媛1,閆 軍2

（1.蘭州交通大學機電學院；2.蘭州交通大學機電技術研究所,蘭州 730070）

本文總結了高嶺石、蒙脫石、凹凸棒石等天然粘土礦物對水體中重金屬離子吸附的研究進展，并進一步提出了函待解決的問題。

粘土礦物；吸附；重金屬離子

0 前言

天然粘土礦物由于具有大的比表面積、特殊的孔道結構、表面負電荷及大量的吸附位點，對水體中的重金屬離子有很好的吸附性能，作為價格低廉的吸附劑得到較廣泛的應用。本文查閱國內外文獻，歸納總結了粘土礦物用于處理重金屬離子廢水的研究情況。

1 高嶺石

高嶺石 (英文名稱kaolinite, 化學式：Al4[Si4O10](OH)8) 是一種層狀結構的鋁硅酸鹽粘土礦物。Suraj等[1]對高嶺石進行了煅燒和酸化處理，考察其對Cu2+和Cd2+的吸附。結果表明：經600℃煅燒和2M HCl酸化處理后，高嶺石的比表面積增加，對Cd2+、Cu2+的吸附量明顯提高。Bhattacharyya等[2]將高嶺石在500℃煅燒10h，吸附水體中 Fe3+、 Co2+和 Ni2+。結果表明：高嶺石對Fe3+、Co2+、Ni2+的附量分別為6.0、5.3、5.2mg/g。Gupta和Bhattacharyya[3]用二氯氧化鋯和四丁基溴化銨對高嶺石進行改性，并用于對Ni2+的吸附。發現改性后吸附量下降，分析原因是由于改性劑分子屏蔽了粘土表面負電荷，且堵塞吸附孔道所致。吳宏海等[4]考察了高嶺石對Cu2+, Pb2+的吸附，提出吸附模式為離子交換和表面配位吸附模式并存。

2 蒙脫石

蒙脫石（英文名稱montmorillonite, 化學式：（Al2, Mg3）Si4O10OH2·nH2O）是一種含水的2:1型層狀鋁硅酸鹽礦物。Bhattacharyya和Gupta[5]用0.25 M 硫酸對蒙脫石活化3h，再在500℃煅燒10h。活化后的蒙脫石對Cd2+、Co2+、Cu2+、Pb2+、Ni2+的吸附量分別提高至33.2、29.7、32.3、34.0、29.5 mg/g。熱力學研究表明蒙脫石-Pb2+、-Ni2+、-Co2+的相互作用是放熱過程, 而蒙脫石-Cu2+、-Cd2+的相互作用是吸熱過程。De Pablo等[6]用1 N CaCl2溶液將蒙脫石鈣化，并對Hg2+、Cr3+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Ba2+、Ni2+、Mn2+、Cd2+、Ba2+、Ag+等吸附，并考察了不同pH值的影響及其沉淀物物種。結果表明：鈣基蒙脫石的吸附量均高于原蒙脫石。當pH＜5， Cr3+、 Pb2+、Cu2+以氧化物及氫氧化物沉淀的形式存在于溶液中，當pH值較大時，Hg22+、Zn2+、Ba2+、Cd2+、Ni2+、Mn2+、Ag+以陽離子的形式存在于溶液中，或者吸附在粘土礦物上, 吸附量由大到小排序為Hg22+＞ Zn2+＞ Ba2+＞ Cd2+＞ Ni2+＞ Mn2+。杜培鑫等[7]研究了鈣基蒙脫石對Sr2+、Cs+、Pb2+的吸附效果, 結果表明：初始濃度、pH值對吸附量的影響差別很大，Sr2+、Cs+的最佳 pH=4，最佳質量濃度分別為0.4g/L、1.0g/L；Pb2+的最佳pH=8，最佳質量濃度為 0.8g/L。

3 凹凸棒石

凹土棒石（英文名稱attapulgite, 化學式：Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4)是一種2:1型鏈層狀結構的含水富鎂硅酸鹽粘土礦物。王文己等[8]用鹽酸活化凹凸棒石，增大了凹凸棒石對 Cd2+的吸附率。陳浩、趙杰[9]研究了Pb2+和Zn2+在凹凸棒石及酸化凹凸棒石中的競爭吸附特征, 發現樣品對Pb2+的吸附性均優于Zn2+, 但酸化凹凸棒石較原土對Zn2+具有更高的選擇吸附性。Fan等[10]報道了凹凸棒石對Ni2+的吸附受pH值的影響明顯，在pH＜8時外球面絡合或離子交換是凹凸棒石對Ni2+吸附的主要機制，而在pH值＞8時內球絡合是主要的吸附機理。

4 其它礦物

除了上述粘土礦物報道較多外，Zazzi等[11]研究了pH值對綠泥石吸附Ni2+的影響，發現吸附量只能在很小的pH值范圍內增加。劉霞等[12]報道了伊利石在pH=2～6時對Cd2+的吸附率隨pH的升高而增加，隨離子強度的增強而降低。朱健等[13]較詳盡地闡述了硅藻土對重金屬離子吸附性能、行為、機制等方面的研究情況。

5 結束語

粘土礦物對水體中重金屬離子有很好的吸附性能，吸附動力學符合準二級動力學模型，等溫平衡吸附符合langmuir模型。但是，吸附后重金屬離子脫附較困難，如何很好地利用而不造成二次污染，依然是函待解決的問題。

[1] Suraj G., Iyer C.S.P., Lalithambika M..Adsorption of cadmium and copper by modified kaolinites [J].Applied Clay Science, 1998（13）: 293-306.

[2] Bhattacharyya K.G., Gupta S.S..Kaolinite and montmorillonite as adsorbents for Fe(III),Co(II) and Ni(II) in aqueous medium[J].Applied Clay Science, 2008（41）: 1-9.

[3] Gupta S.S., Bhattacharyya K.G..Adsorption of Ni(II) on clays [J].Journal of Colloid and Interface Science, 2006（295）: 21-32.

[4]吳宏海, 劉佩紅, 張秋云, 何廣平.高嶺石對重金屬離子的吸附機理及其溶液的pH條件[J].高校地質學報, 2005(01): 85-91.

[5] Bhattacharyya K.G., Gupta S.S..Adsorptive accumulation of Cd(II), Co(II), Cu(II), Pb(II), and Ni(II) from water on montmorillonite: Influence of acid activation [J].Journal of Colloid and Interface Science, 2007（310）: 411-424.

[6] De Pablo L., Chávez M.L., Abatal M..Adsorption of heavy metals in acid to alkaline environments by montmorillonite and Ca-montmorillonite [J].Chemical Engineering Journal, 2011（171）: 1276-1286.

[7]杜培鑫，萬華仙，孫紅娟.蒙脫石對Sr、Cs、Pb等重金屬離子吸附作用的研究[J].非金屬礦，2012(04): 57-60.

[8]王文己, 陳浩, 王愛勤.酸處理凹凸棒粘土對Cd2+吸附性能的研究[J].中國礦業, 2006(12): 84-87.

[9]陳浩, 趙杰.凹凸棒與酸化凹凸棒對Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的選擇吸附性差異[J].材料工程, 2008（10）: 154-157.

[10] Fan Q., Shao D., Lu Y., Wu W., Wang X..Effect of pH, ionic strength, temperature and humic substances on the sorption of Ni(II) to Na-attapulgite [J].Chemical Engineering Journal, 2009（150）: 188-195.

[11] Zazzi ?., Jakobsson A.-M., Wold S..Ni(II) sorption on natural chlorite[J].Applied Geochemistry, 2012（27）: 1189-1193.

[12]劉霞，陳元濤，胡君，張煒，池亞玲，郭智軍，肖江.pH、離子強度、時間和溫度對Cd(II)在伊利石上吸附的影響[J].核化學與放射化學, 2012(06): 358-363.

[13]朱健, 王平, 羅文連, 王韜遠, 張燁.硅藻土吸附重金屬離子研究現狀及進展 [J].中南林業科技大學學報, 2011(07)：183-198.

甘肅省自然科學研究基金資助編號：1112RJZA047

張媛（1972-），女，博士研究生在讀，講師。研究方向：聚合物-無機納米復合材料；納米凹凸棒土的制備及應用開發；水處理材料等。