膨润土环保矿物材料

膨润土是以蒙脱石为主要成分的一种粘土矿物，具有良好的膨胀性、粘接性、吸附性、触变性、悬浮性、可塑性、润滑性、稳定性、环境友好性和阳离子交换性等性能，作为环保矿物材料在环境污染治理领域得到了广泛关注。

      我国膨润土资源丰富，已经探明储量20多亿吨，年开采量不足已知储量的2%。约占世界总量的60％左右。从省份分布上看，我国膨润土资源分布于23个省区，其中查明资源储量超过亿吨有广西、新疆、内蒙古、江苏、安徽等10个省区。

1、膨润土的环境功能属性

（1）膨胀性

      膨润土具有较强的吸水能力，吸水后膨胀，晶层间距扩大。钠基膨润土吸水后膨胀倍数达到40倍以上。

（2）吸附性

      膨润土是一种以蒙脱石为主要成分的2:1型矿物，具有较大的表面积和孔容，因而表面能很大，对气体、有机物、重金属等物质具有较强的吸附性。另外，膨润土表面带有电荷，可以通过静电引力吸附带相反电荷的物质。

（3）阳离子交换性

      蒙脱石的可交换的阳离子主要是指交换性盐基离子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+等），及部分晶体边缘破键。可交换阳离子主要以静电引力形式吸附于膨润土层间，可以与其他离子、有机物进行交换。低膨胀倍的钙基膨润土的阳离子交换容量为50mmol/100g，而钠基膨润土的阳离子交换容量高达100mmol/100g左右。

（4）悬浮性和分散性

      由于膨润土颗粒细小，本身带有负电荷，存在静电斥力作用，因此膨润土在水中可以保持良好的悬浮性。另外，晶体表面又带有很多的金属阳离子和羟基亲水基，因而具有亲水性和分散性。

（5）稳定性

      膨润土具有良好的热稳定性，能耐300℃高温（140℃逸出自由水和吸附水，300℃逸出层间水，500℃失去结晶水）。

（6）无毒性

      膨润土对人、畜、植物均无腐蚀、无毒害，因此可用为医药载体、饲料添加剂、土壤改良剂及化肥载体。

2、膨润土环保矿物材料

（1）膨润土防水毯

      膨润土防水毯是膨润土颗粒按照一定质量要求均匀平铺在两种土工织物之间，通过针刺等工艺制成含有微小空隙的一种复合型防水材料。在垃圾填埋场使用膨润土防水毯一方面是阻止污染物进入地下水中，彻底将垃圾与环境隔绝，危害人类健康；另一方面也阻止有毒气体的挥发。因此，许多国家逐渐都采用膨润土防水毯作为垃圾填埋场的防渗和液压屏障材料，并且取得了效果显著的结果。同样的，在金属尾矿库也可以用膨润土防水毯作为衬垫来减少金属离子的渗透。

（2）膨润土造纸废水处理材料

      膨润土在处理造纸废水时的优势在于吸附性能和脱色能力较强，但由于膨润土颗粒细小，悬浮胜、分散性较强，单独使用时往往会存在絮凝物脱水性差的缺点，所以一般需要与其他助剂配合使用以降低脱水时间，缩短处理周期。

（3）膨润土重金属离子吸附材料

      膨润土对水体中重金属离子的去除机理是基于蒙脱石层间所吸附的阳离子与水体中重金属离子的交换作用，可用于含铬、钴、镍、铜、锌、镉、汞、铅等重金属离子的去除。研究表明，通过对膨润土的改性可显著提高其对重金属离子的去除能力，改性膨润土阳离子交换容量（CEC）越大，去除重金属离子的能力越强。

      专家以钙基膨润土为原料制备出7种改性膨润土，研究发现巯基化膨润土对As3+的吸附效果明显优于原土和其他改性膨润土的，吸附率接近100%，比原土的吸附率提高12倍以上，吸附能力的提高是由于As3+可与巯基化膨润土中的—SH产生结合所致。巯基化膨润土吸附As3+后的解吸率小于1%，说明巯基化膨润土不但可以高效去除水体中的As3+，还能有效固定As3+使其不能解吸重新进入水体中，因此是一种理想的As3+吸附材料。

（4）膨润土含磷废水处理材料

      近年来，对改性膨润土吸附剂的研究，为废水脱磷提供了一条新途径。专家采用酸和高分子絮凝剂聚二甲基二烯丙基氯化铵和阳离子型聚季铵盐改性膨润土，结果表明，改性膨润土用量为6g/L，pH=7，吸附时间为40min，温度为20℃时，污水中磷的去除率可达98%以上。

（5）膨润土印染废水处理材料

      改性膨润土对印染废水的处理以物理吸附为主，专家将钙基膨润土酸性活化后对印染废水进行脱色处理，其一次性COD去除率达76%，色度去除率达87%。若经双层滤料柱过滤处理，色度去除率达93%以上，COD去除率达78%。

（6）膨润土有机废水处理材料

      芳烃类化合物毒性大，是难降解的有机物，对此类废水的处理多采用有机改性膨润土，且随改性剂碳链的增长，改性膨润土吸附能力明显增加。另外，改性膨润土不但可以作为去除有机废水中的污染物，而且还可以作为加快去除废水中污染工艺的催化剂。在今后的研究中不仅仅要将研究重点放在膨润土作为吸附剂处理废水中的污染物上，还应该将研究重点放在膨润土作为催化剂应用于废水处理工艺中，从而能够更加有效地去除废水中的有机污染物。

（7）膨润土氨氮废水处理材料

      专家利用煅烧膨润土对氨氮废水进行了吸附研究，研究结果表明，经镁离子改性之后的膨润土对氮有较好的吸附性能，当膨润土中的镁离子质量分数为2%时，经300℃煅烧2h时，在pH=6、镁离子改性膨润土的用量为10g/L，吸附时间是30min的条件下，对质量浓度为100mg/L的氨氮废水的去除率可达91%。

（8）膨润土味精生产废水处理材料

      味精行业生产产生的废水不仅浓度高，而且水量大，目前国内外尚未找到一种好的解决办法。近年来，许多学者利用改性膨润土的分散、吸附、胶体性能回收高浓度味精废水中的谷氨酸生成菌和其它有机物，取得了一定效果。

（9）膨润土含油废水处理材料

      专家等人分别用碳酸钠（Na2CO3）和嗅化十六烷基三甲铵（CTMAB）对膨润土进行改性，结果表明，有机改性膨润土除油效果比钠化改性膨润土和提纯土好，其饱和吸附容量也远高于提纯土；对于浓度221mg/L的含油废水，有机膨润土用量为5.0g/L，油的去除率可达97%

（10）膨润土农药废水处理材料

      专家研究了酸化和锻烧改性的膨润土对乐果废水的吸附作用。结果表明，改性方法能够明显改善膨润土在水中的沉降与过滤性能，较大地提高膨润土对乐果的吸附能力。用2mol/L的硫酸酸化，经300℃煅烧处理后所得的膨润土对乐果的吸附量可达20.4mg/g。对浓度为60mg/L的乐果废水，当吸附剂的用量为17g/L时，乐果的去除率可达85%。

（11）膨润土氟离子处理材料

      为了有效去除水体中的氟离子，并解决粉末状膨润土在水处理应用中存在的膨胀性大、固液相分离难、吸附性能低的问题，专家采用水溶液聚合法，以膨润土为原料、丙烯酰胺为聚合单体，合成出复合膨润土，发现丙烯酰胺在膨润土中发生插层聚合并与膨润土形成均一复合物。当膨润土质量分数为90%时，F-的去除率可达73.94%，高于纯钙基膨润土对F-的吸附性能。同时，吸附F-后的复合膨润土可用硫酸铝水溶液再生多次循环使用，且再生复合膨润土比初始复合膨润土具有更高的除氟活性。

（12）膨润土放射性废物处理材料

      膨润土可用作核吸附剂，放射性核素在膨润土上的吸附有效的阻止了其在废物处置时的迁移；地下水在膨润土中的移动非常慢，也减缓了放射性核素在膨润土中的迁移。此外，有机土的热稳定性可达200℃，使其在核废物工程屏蔽中有更好的利用。

（13）膨润土猫砂

      颗粒膨润土，也称猫砂，是由优质钠基膨润土为原料，经前处理、挤压、供干、造粒、蹄分、后处理精制而成的一种粒状产品，具有吸水性强、用量少、吸附力强、清洁无异味、洁净除臭、无粉尘污染、易结团、团块牢固、易清理等优点，受到宠物饲养者的欢迎。适用于城市家庭宠物塾圈，有利于猫犬等家庭宠物的健康生长及保持家庭环境清洁卫生。

（14）膨润土空气污染治理材料

      膨润土的比表面积大，吸附性强，经简单的处理之后，可作为吸附过滤材料用于臭气、毒气及有害气体NOx、SOx、H2S等的吸附过滤。如日本等已有膨润土用于空气净化专利产品，包括：以蒙脱石为基质制取室内空气净化剂，膨润土与氢氧化钙、含碱及碱土金属氯酸盐混合作净化空气的吸附剂，膨润土与MgO、CaCO3混合干燥制成颗粒作为空气氧化硫分离剂，膨润土和钴化物在800℃以上高温下焙烧制成催化剂用于内燃机废气净化等。

（15）膨润土土壤修复材料

      在土壤中掺拌膨润土，可以刺激固氮细菌的固氮作用，促进植物生长，也能抵抗有害的镰刀菌枯杆菌病毒，进入土壤中使各种杀虫剂、杀菌剂、除草剂失去药性毒性。膨润土对铅的吸附力比对钙的吸附力大2-3倍，对铬的吸附作用较强。土壤中的粘土矿物，有机质和土壤体可通过物理吸附和化学吸附作用，将有机农药固定，使农药的迁移能力和毒性降低。利用土壤中广泛分布的天然粘土特别是膨润土矿物治理土壤重金属污染物，体现了利用天然矿物发挥自净作用的特点，揭示了粘土矿物在环境演变和治理过程中的重要作用。

（16）膨润土催化剂载体

      由于层柱黏土的特殊结构，使膨润土在具有氧化还原作用的催化过程中能够容纳转换的金属离子，并可改变其氧化态而作为催化剂的载体。因此，可用于制备铁交联膨润土、插层膨润土负载掺铁TiO2光催化剂、TiO2/膨润土等废水催化材料。专家制成铁钛双金属共柱撑膨润土，将其作为催化剂处理苯酚废水。改性后膨润土活性稳定，比表面积为原来的5倍，且使芬顿反应发生的pH范围扩大了，在中性条件下苯酚的降解率可达95%。铁的溶出率也十分低，小于2mg/L，有效的解决了芬顿反应中铁离子流失问题。

      由上述可见，膨润土由于资源十分丰富，价格低廉，易获得，改性或活化方法相对简单，具有较高的物理、化学和生物稳定性，比较容易再生等特点，是治理水污染、重金属污染等理想的环境矿物材料。另外，将天然膨润土直接应用于环境污染治理有一定的局限性，如吸附效果差，体系离子强度影响大等。因此，需要根据不同的需求，利用其结构特征，对膨润土进行改性处理。通过对膨润土面性质以及层间结构的修饰，可以大大提高膨润土对污染物的吸附性和选择性，更好的应用于环境领域。