剥离-共组装法制备类水滑石/膨润土新型复合吸附材料及其同步吸附阴阳离子重金属研究

In china, there is a large quantity of wastewater emission from mining and mineral processing industries, in which a large number of anion and cation heavy metal exist. As we all know, heavy metal ions are non-biodegradable in the environment and easily cause environmental pollution and human health damage. Aimed to solve the problem of not being able to simultaneously remove anion and cation heavy metals in metallurgy and mineral processing wastewater, a novel adsorbent is first prepared by delamination-co-assembling method to improve the efficiency of wastewater treatment, which has excellent absorbing performance for both anions and cations. The following research contents are included. The first part is the research on component design, adjustment and properties of hydrotalcite-like compound. The second part is the preparation of hydrotalcite-like /bentonite complex adsorbents by delamination-coassembling method. The third part is the research on processing mechanisms and simulation of hydrotalcite-like /bentonite complex adsorbents. The last part is the research on simultaneously removal of anion and cation heavy metals with hydrotalcite-like /bentonite complex adsorbents. This work will provide a theoretical and practical basis for high-efficient treatment of wastewater and development of new adsorbing materials for industrial application.

我国有色金属采选废水排放量大，废水中大量以阳离子或阴离子形式存在的重金属在环境中难以降解，易造成环境污染，并危害人体健康。本项目针对有色金属采选废水中阴阳离子重金属难以有效同步处理的问题，首次提出将类水滑石与膨润土进行剥层、共组装，调控制备出同时具备阴离子、阳离子交换吸附性能的新型复合材料，以期提高废水的处理效率。项目研究内容包括：（1）易剥离型类水滑石的组分设计、调控及性能研究；（2）类水滑石/膨润土复合吸附材料的剥离-共组装法制备研究；（3）类水滑石/膨润土复合吸附材料同步吸附阴阳离子重金属的特性研究；（4）类水滑石/膨润土复合吸附材料剥离、共组装过程机理研究。本项目的研究成果将为研发新型复合吸附材料提供理论基础，同时对大幅度提高废水处理的效率具有重要的理论和实践意义。

项目针对有色金属采选废水中阴阳离子重金属难以有效同步处理的问题，提出将类水滑石与膨润土进行剥层、共组装，制备出同时具备阴、阳离子交换吸附性能的新型复合吸附材料。研究内容包括：（1）易剥离型类水滑石的制备及性能研究；（2）类水滑石/膨润土的剥离-共组装法制备研究；（3）类水滑石/膨润土复合吸附材料同步吸附阴阳离子重金属的特性研究；（4）类水滑石/膨润土复合吸附材料剥离、共组装过程机理研究。项目重要研究结果有：（1）采用共沉淀法、水热法合成结晶度高，物相单一的镁铝类水滑石较佳条件分别为：Mg/Al=3，混合溶液终点pH=10，陈化时间=14h，陈化温度80℃；Mg/Al =2，晶化温度为120℃，晶化时间为12h。且研究表明不同制备方法所获得类水滑石的吸附性能相差不大。（2）采用焙烧-有机插层-焙烧、焙烧-有机插层-微波处理、超声波-高速搅拌-高速离心等方式均可实现类水滑石不同程度的剥离，前二者可直接获得固态剥离型类水滑石，剥离薄片厚度较为均匀且更薄，剥离后的类水滑石在水中可实现重组，仍具有吸附及离子交换性能。（3）采用超声波-高速搅拌-高速离心方式可实现蒙脱石的剥离，剥离后的蒙脱石吸附性能更佳。（4）分步法组装时，不同作用场下，剥离型类水滑石与剥离型蒙脱石组装的最佳条件为：采用微波作用时，输出功率为 500 W，微波时间为1 min；采用超声波作用时，室温下超声波作用时间90 min；采用高速搅拌作用时，转速4000 rpm，搅拌时间120 min；同步法组装时，在类水滑石最优的剥离条件下进行两者剥离-共组装一体化制备效果较好。（5）类水滑石、膨润土均对水中共存铅、锌、镉、砷等离子存在一定吸附能力。比较而言，类水滑石剥离处理后其对Pb、Zn、Cd等阳离子的吸附能力反而下降，但对As的吸附能力提高；膨润土优先吸附Cu2+，Cu2+存在对Zn2+有抑制作用；Ben-LDO同步吸附Cu2+、Zn2+、As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)时，吸附平衡时间仅为5min，吸附效率高；将类水滑石/膨润土复合材料进行颗粒化处理才有望真正实现其在实际废水处理中的高效应用。