粘土矿物吸附水体中重金属离子的研究进展

张 媛

（1.兰州交通大学机电学院；2.兰州交通大学机电技术研究所,兰州 730070）

粘土矿物吸附水体中重金属离子的研究进展

张 媛1,闫 军2

（1.兰州交通大学机电学院；2.兰州交通大学机电技术研究所,兰州 730070）

本文总结了高岭石、蒙脱石、凹凸棒石等天然粘土矿物对水体中重金属离子吸附的研究进展，并进一步提出了函待解决的问题。

粘土矿物；吸附；重金属离子

0 前言

天然粘土矿物由于具有大的比表面积、特殊的孔道结构、表面负电荷及大量的吸附位点，对水体中的重金属离子有很好的吸附性能，作为价格低廉的吸附剂得到较广泛的应用。本文查阅国内外文献，归纳总结了粘土矿物用于处理重金属离子废水的研究情况。

1 高岭石

高岭石 (英文名称kaolinite, 化学式：Al4[Si4O10](OH)8) 是一种层状结构的铝硅酸盐粘土矿物。Suraj等[1]对高岭石进行了煅烧和酸化处理，考察其对Cu2+和Cd2+的吸附。结果表明：经600℃煅烧和2M HCl酸化处理后，高岭石的比表面积增加，对Cd2+、Cu2+的吸附量明显提高。Bhattacharyya等[2]将高岭石在500℃煅烧10h，吸附水体中 Fe3+、 Co2+和 Ni2+。结果表明：高岭石对Fe3+、Co2+、Ni2+的附量分别为6.0、5.3、5.2mg/g。Gupta和Bhattacharyya[3]用二氯氧化锆和四丁基溴化铵对高岭石进行改性，并用于对Ni2+的吸附。发现改性后吸附量下降，分析原因是由于改性剂分子屏蔽了粘土表面负电荷，且堵塞吸附孔道所致。吴宏海等[4]考察了高岭石对Cu2+, Pb2+的吸附，提出吸附模式为离子交换和表面配位吸附模式并存。

2 蒙脱石

蒙脱石（英文名称montmorillonite, 化学式：（Al2, Mg3）Si4O10OH2·nH2O）是一种含水的2:1型层状铝硅酸盐矿物。Bhattacharyya和Gupta[5]用0.25 M 硫酸对蒙脱石活化3h，再在500℃煅烧10h。活化后的蒙脱石对Cd2+、Co2+、Cu2+、Pb2+、Ni2+的吸附量分别提高至33.2、29.7、32.3、34.0、29.5 mg/g。热力学研究表明蒙脱石-Pb2+、-Ni2+、-Co2+的相互作用是放热过程, 而蒙脱石-Cu2+、-Cd2+的相互作用是吸热过程。De Pablo等[6]用1 N CaCl2溶液将蒙脱石钙化，并对Hg2+、Cr3+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Ba2+、Ni2+、Mn2+、Cd2+、Ba2+、Ag+等吸附，并考察了不同pH值的影响及其沉淀物物种。结果表明：钙基蒙脱石的吸附量均高于原蒙脱石。当pH＜5， Cr3+、 Pb2+、Cu2+以氧化物及氢氧化物沉淀的形式存在于溶液中，当pH值较大时，Hg22+、Zn2+、Ba2+、Cd2+、Ni2+、Mn2+、Ag+以阳离子的形式存在于溶液中，或者吸附在粘土矿物上, 吸附量由大到小排序为Hg22+＞ Zn2+＞ Ba2+＞ Cd2+＞ Ni2+＞ Mn2+。杜培鑫等[7]研究了钙基蒙脱石对Sr2+、Cs+、Pb2+的吸附效果, 结果表明：初始浓度、pH值对吸附量的影响差别很大，Sr2+、Cs+的最佳 pH=4，最佳质量浓度分别为0.4g/L、1.0g/L；Pb2+的最佳pH=8，最佳质量浓度为 0.8g/L。

3 凹凸棒石

凹土棒石（英文名称attapulgite, 化学式：Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4)是一种2:1型链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物。王文己等[8]用盐酸活化凹凸棒石，增大了凹凸棒石对 Cd2+的吸附率。陈浩、赵杰[9]研究了Pb2+和Zn2+在凹凸棒石及酸化凹凸棒石中的竞争吸附特征, 发现样品对Pb2+的吸附性均优于Zn2+, 但酸化凹凸棒石较原土对Zn2+具有更高的选择吸附性。Fan等[10]报道了凹凸棒石对Ni2+的吸附受pH值的影响明显，在pH＜8时外球面络合或离子交换是凹凸棒石对Ni2+吸附的主要机制，而在pH值＞8时内球络合是主要的吸附机理。

4 其它矿物

除了上述粘土矿物报道较多外，Zazzi等[11]研究了pH值对绿泥石吸附Ni2+的影响，发现吸附量只能在很小的pH值范围内增加。刘霞等[12]报道了伊利石在pH=2～6时对Cd2+的吸附率随pH的升高而增加，随离子强度的增强而降低。朱健等[13]较详尽地阐述了硅藻土对重金属离子吸附性能、行为、机制等方面的研究情况。

5 结束语

粘土矿物对水体中重金属离子有很好的吸附性能，吸附动力学符合准二级动力学模型，等温平衡吸附符合langmuir模型。但是，吸附后重金属离子脱附较困难，如何很好地利用而不造成二次污染，依然是函待解决的问题。

[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]吴宏海, 刘佩红, 张秋云, 何广平.高岭石对重金属离子的吸附机理及其溶液的pH条件[J].高校地质学报, 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.

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[7]杜培鑫，万华仙，孙红娟.蒙脱石对Sr、Cs、Pb等重金属离子吸附作用的研究[J].非金属矿，2012(04): 57-60.

[8]王文己, 陈浩, 王爱勤.酸处理凹凸棒粘土对Cd2+吸附性能的研究[J].中国矿业, 2006(12): 84-87.

[9]陈浩, 赵杰.凹凸棒与酸化凹凸棒对Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的选择吸附性差异[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 Å., Jakobsson A.-M., Wold S..Ni(II) sorption on natural chlorite[J].Applied Geochemistry, 2012（27）: 1189-1193.

[12]刘霞，陈元涛，胡君，张炜，池亚玲，郭智军，肖江.pH、离子强度、时间和温度对Cd(II)在伊利石上吸附的影响[J].核化学与放射化学, 2012(06): 358-363.

[13]朱健, 王平, 罗文连, 王韬远, 张烨.硅藻土吸附重金属离子研究现状及进展 [J].中南林业科技大学学报, 2011(07)：183-198.

甘肃省自然科学研究基金资助编号：1112RJZA047

张媛（1972-），女，博士研究生在读，讲师。研究方向：聚合物-无机纳米复合材料；纳米凹凸棒土的制备及应用开发；水处理材料等。