水铝钙石类阴离子黏土在水污染处理领域应用的研究现状.pdf

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1、第32卷第8期环境化学Vo1．32，No．82013正8月ENVIR0NMENTALCHEMISTRYAugust2013DOI：10．7524／j．issn．0254·6108．2013．08．024水铝钙石类阴离子黏土在水污染处理领域应用的研究现状天娇郭清海(中国地质大学环境学院，武汉，430074)摘要水铝钙石(Hydrocalumite)是一种阴离子黏土，又称“弗里德尔盐”(Friedel’sSalt)，属于层状双金属氢氧化物(LDHs)，可通过多种低成本方法人工合成．水铝钙石的层间阴离子具有可交换性，且在一定温度范围内焙烧时所获产物在水溶液中具有层状结构可恢复性，因此在水污

2、染和固体废物处理领域有很大应用价值，已被用于水中B(OH)4一、SeO一、CrO一、MoO一、Zn等无机组分和十二烷基硫酸钠(SDS)、烷基苯磺酸钠T(SDBS)、甲基橙(MO)、酸性大红(GR)等有机组分的去除实验研究，以及粉煤灰等典型固体废物在填埋前的预处理研究．水铝钙石类阴离子黏土对水中有害组分的去除效果受到离子种类和性质、溶液pH、去除产物溶度积常数等多种因素的影响，所涉及去除机理包括离子交换、溶解一沉淀、表面吸附等．当前利用水铝钙石去除水污染的研究基本局限于实验室研究阶段，并在严格控制的实验条件下进行，因而今后应加强其处理实际受污染水体和原生劣质水的实验研究，并尝试作为填充

3、材料在可渗透性反应墙(PRB)等水污染原位处理装置中加以应用．关键词水铝钙石，共沉淀，水处理，溶度积常数，阴离子交换，结构记忆效应．黏土矿物是组成黏土岩和土壤的主要矿物，按照结构可分为阳离子黏土和阴离子黏土⋯，其中阴离子黏土又称为层状双金属氢氧化物(Layereddoublehydroxides，LDHs)，是一种有序层状无机化合物刮．图l中列出了几种结构略有差异的阴离子黏土，显示各种不同类型的阴离子黏土都具有典型的层状结构，并由两种基本结构单元，即：带正电的类似水镁石或氢氧钙石的(M¨，M)(OH)八面体层和层间带负电的阴离子和水分子周期性叠加而成．i—r—r110A7．6A4．8

4、A_L_』_上黄铝锰矾水滑石【Mn6A13(OH)I8】【Na(sO4)2(H2O)l2】[Mg6AI2(OH)I61[(CO3)(H20)4】【M(OH)6】[Na(H2o)1弋·C81A．HoOV【SO4】片碳镁石水铝钙石—[Ca(OH)6(H20)z1【Mgt0F。2(OH)24】【(cO3)(H2o)2】【Ca4AI2(OH)l21[C12(H2O)4】图1几种典型阴离子黏土的层状结构Fig．1Typicaltypesofinterlayerstackingstructuresobservedinlayereddoublehydroxides2012年11月16日收稿．}中央

5、高校基本科研业务费专项资金(CUG120505，CUG120113)资助通讯联系人，E—mail：qhguo2006@gmail．com环境化学阴离子黏土的结构特征可用如下分子式表示：[MV_N(OH)]”(A)·mHO，式中M”可为正一价、正二价或正三价金属阳离子，N¨为正三价或正四价金属阳离子，A一为层间阴离子，为高价金属阳离子与阴离子黏土中所有金属阳离子的物质的量之比，即N¨／(M+N¨)，n为层间阴离子的化学价态．当a=1时，M可为Li；当a=2时，M“可为Ca¨、Mg¨、Zn¨、Ni¨、Mn¨、Co、Fe“、Cu等；当a=3时，M可为Al¨、cr¨、Ga¨、co¨等．当b=

6、3时，N¨可为Al¨、Fe、Cr3、Ga¨、co¨等；当b=4时，N¨可为Ti¨、si等¨．表1给出了M和N3的部分有效组合．表1组成LDHs的金属离子的有效组合Table1EfectiveassociationofmetalliccationsinLDHs阴离子黏土结构中的M／N为Mg／A1时，可称其为水滑石(Hydrotalcite)。。；若为Ca／A1，则称水铝钙石(Hydrocalumite)，也称为“弗里德尔盐”(Friedel’sSalt)，在水泥学科中又称“AFm相”(AFmphases)，可由波特兰水泥和某些固体废物如粉煤灰、废弃油页岩等水合而成．由于具有独特的结构和

7、性质，在水滑石已经得到广泛研究与应用的同时m删，水铝钙石近年来成为一种备受关注的新型无机材料，其在水污染处理领域的应用正成为研究热点．1结构、合成方法与性质1．1水铝钙石的结构典型的水铝钙石结构如图2所示，其类氢氧钙石结构的正八面体主层上三分之一的ca被Al¨取代，使结构层带有正电荷，从而需要阴离子进人层间以实现电荷平衡．由于水分子具有电极性，也可与阴离子一起进入层间．水铝钙石类阴离子黏土结构中的铝也可由其他三价阳离子代替，但可满足该结构以形成主层的三价阳