柱撑蒙脱石的制备改性及其对重金属离子的吸附研究(3)
1.3 蒙脱石的研究现状
1.4 工业废水中重金属离子的来源及处理方法
1.4.1 工业废水中重金属离子的来源
含有重金属离子的工业废水主要来自矿山、油漆、农药、冶炼、医药、电解、电镀、颜料等领域。废水中重金属离子的种类、浓度及存在形式随生产企业的不同而不同。化工、矿冶、电子、仪表、机械制造等工业中产生的含重金属离子（汞、铜、铬、镉、镍等）的废水是造成水体污染的主要污染源。而含有重金属离子的废水一旦被用于灌溉农田或被人类饮用，就会污染农作物并在食物链中进行积累。当积累浓度高达一定程度，就会对人类健康造成严重威胁，甚至对整个生态系统产生巨大的危害。
1.4.2 处理方法
由于工业废水中的重金属离子不能通过分被解破坏，因此只能通过物理方法或化学反应来改变它们的物理和化学形态，进而转移重金属离子的存在位置，从而除去工业废水中的重金属离子。对含有重金属离子的工业废水的处理方法大致可以分为两大类，一是可以通过化学方法将废水中呈溶解状态的重金属离子转化成不溶性或难溶性的金属化合物沉淀，然后通过过滤等简手段将沉淀分离去除，可以应用的方法如硫化物沉淀法、电解沉淀法、上浮分离法、中和沉淀法、隔膜电解法等；二是在不改变工业废水中重金属离子的溶解状态前提下，将废水中的重金属离子进行浓缩并分离，可应用方法有电渗析法、反渗透法、蒸发法和离子交换法等。这些方法应根据废水水质、水量等实际情况和经济利益的综合因素确定单独使用或组合使用。但是上述这些方法，或存在成本昂贵或存在技术瓶颈限制或存在效率低下处理速度慢等缺点，因此我们需要发展一种新型的处理方法来处理含重金属离子的工业废水。
我们发现原始蒙脱石对重金属离子具有吸附功能，而且蒙脱石在我国储量较多，价格较为低廉，因此我们想选用蒙脱石作为吸附重金属离子的吸附剂，通过物理吸附的简单方法将工业废水中的重金属离子“锁住”，然后通过简单过滤的方式实现固液两相的分离来大幅度降低工业废水中的重金属离子含量，从而实现对工业废水的处理，使其达到排放要求[26]。通过这种方法，我们可以达到减少重金属离子对环境的危害，节约水资源，实现水资源重复利用的目的。但是因为天然蒙脱石的孔隙率较低，内表面积较小，层与层之间间距较窄，半径较大的重金属离子难以进入蒙脱石内部，从而大多附着在蒙脱石的外表面，经过一段时间的吸附之后重金属离子便堆积在了天然蒙脱石的外表面，削弱了天然蒙脱石进一步吸附重金属离子的能力，从而导致天然蒙脱石对重金属离子的吸附效果不如人意。因此，本课题希望通过柱撑改性蒙脱石，从而增加蒙脱石的层间距，增强其吸附重金属离子的能力。
1.5 选题意义
我国是世界上蒙脱石资源比较丰富的国家之一，总资源储量达 77 亿吨，位居世界前列。天然蒙脱石因其具有独特的层状结构和较大的内部层间比表面积，所以能够作为吸附剂和催化材料。同时，因为天然蒙脱石矿藏分布十分广泛、储量较为丰富、价格较为便宜，所以它在用作吸附剂、替代现有催化载体或直接作为催化剂等方面具有广阔的应用前景和重要的经济意义。蒙脱石用作吸附剂已经有很长的历史，并且一直在环保领域尤其是水处理领域起着重要的作用。在最近10多年中，国内科学家做了较多关于改性之后蒙脱石对废水中重金属离子以及有机污染物吸附的科学研究。结果表明，蒙脱石吸附能力强，在吸附处理废水方面有巨大的潜力，开发蒙脱石吸附剂成为了蒙脱石资源开发利用的新热点。但是，天然蒙脱石受内部孔径分布不均匀、内部层间域的层间高度小、层状结构受热易变性等缺点的限制，天然蒙脱石难以直接在实践中应用。鉴于上述因素，目前通常通过对天然蒙脱石进行柱撑改性来克服天然蒙脱石的不足。与此同时，通过对柱撑蒙脱石的改性研究可促进矿物精加工与其他学科的交叉发展。因此，深入研究柱撑蒙脱石的形成机理及其结构和性能变化规律是目前柱撑蒙脱石研究中的一个重要方向。本研究是基于柱撑蒙脱石制备和应用中存在的关键实际问题而提出的，旨在以增加柱撑蒙脱石的层间高度和吸附性能的优化为目标，从羟基铝离子柱撑剂的制备及结构研究入手，以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵为结构调节添加剂，系统研究铝柱撑蒙脱石的制备及其对重金属离子的吸附效果，提出羟基铝柱撑剂与蒙脱石层间的作用方式，建立表面活性剂对铝柱撑蒙脱石结构的调控机制，为高性能铝柱撑蒙脱石的制备和应用提供理论依据和技术支持，为利用廉价的天然蒙脱石矿物材料制备新型复合吸附材料提供一种新的技术途径。同时，本课题对采用柱撑蒙脱石吸附技术解决水处理和环境污染问题具有重要的实际意义，研究成果具有十分重要的工业应用价值。