不同粘土矿物对磷污染水体的吸附净化性能比较 - 生态环境学报.DOC

不同粘土矿物对磷污染水体的吸附净化性能比较 干方群1,3，周健民1*，王火焰1，董元华1,2，刘云1,2 1. 中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室，江苏 南京 210008；2. 中国科学院南京土壤研究所－香港浸会大学土壤与环境联合开放实验室，江苏 南京 210008；3. 中国科学院研究生院，北京 100049 比较了凹凸棒石粘土、高岭土、膨润土和蛭石等4种粘土矿物共8个样品对不同程度磷污染水体的吸附净化能力。结果发现，4种供试粘土矿物对水体磷均有一定的吸附净化潜力，但针对不同程度磷污染水体存在一定差异，且同一种粘土矿物的吸附净化能力也会因矿物组成差异而不同；针对模拟Ⅴ类水（ρP)=0.4 mg·L-1），高岭土的吸附净化能力最强，其次凹凸棒石粘土和膨润土的吸附净化能力与活性炭接近，而蛭石的吸附净化能力较差；针对模拟劣Ⅴ类水（ρP)=1.0 mg·L-1），膨润土的吸附净化能力最强，蛭石次之，高岭土因矿物组成不同而有很大差异，凹凸棒石粘土的吸附净化能力与活性炭较为接近。结果表明，凹凸棒石粘土和膨润土针对不同程度磷污染水体的应用范围较宽，高岭土最适用于Ⅴ类磷污染水体，而蛭石可应用于劣Ⅴ类磷污染水体。 粘土矿物；凹凸棒石粘土；高岭土；膨润土；蛭石；磷；吸附净化中图分类号：P579; X52 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（200）0-0914-04近年来，随着人类活动的不断增强，水体的氮磷污染日益严重。大量富含氮磷的生活污水、工业废水以及施用农药、化肥的农田径流进入江河湖海，均会造成水体的富营养化[1]。氮磷均是水生生物的重要营养物质，研究表明磷是水体富营养化的关键因子[2]。因此，有效降低排放废水中磷的含量已成为防治水体富营养化的重要途径。目前国内外常用的废水治理方法有吸附法、沉淀法、生物法、混凝法及离子交换法等，其中吸附法具有处理效果好、占地面积小、工艺简单、操作方便等优点，在磷污染水体的净化处理中备受关注[3-5]。研究发现，粘土矿物是自然界中广泛分布的一类非金属矿藏资源，具有比表面积大、孔隙多和极性强等优点，特殊的胶体性能和晶体结构又使其具备优良的表面吸附性能和离子交换性能；正是因为具有这些优异的性能，粘土矿物已逐渐成为新型高效吸附材料开发的热点[6-8]，可在污染土壤修复及水环境治理领域发挥独特的作用[9-10]。例如，高岭石与蒙脱石不仅储量丰富、来源广泛、成本低廉，而且具有比表面积大、吸附性能佳等特点，水体净化功能与活性炭相当甚至更好[11]，应用前景看好。然而，当前有关研究往往局限于模拟磷质量浓度非常高（5～150 mg·L-1）的污染水体[12-14]，而实际废水中磷的质量浓度一般在0.1～1.0 mg·L-1左右[15-16]。因此，针对该磷质量浓度水体的净化治理应予以更充分的关注和研究，因为不同粘土矿物对不同程度磷污染水体的吸附净化效果可能不同，本文着力比较我国4种典型粘土矿物对不同程度磷污染水体的吸附净化性能，以期为筛选可应用于治理不同程度磷污染水体的粘土矿物材料提供科学依据。 供试粘土矿物共有4种合8个样品，包括凹凸棒石粘土、高岭土、膨润土和蛭石，矿物产地与组成见表1，其中矿物组成采用X-射线衍射（D/max-r B型XRD仪，Cu靶，40 kV，80 mA，扫描速度为4（°）·min-1）分析。粘土矿物经70 ℃烘干，过100目筛备用。另取中国林科院林产化工研究所江苏溧阳市活性炭联合工厂生产的活性炭作为参比材料（CK）。 模拟Ⅴ类水和劣Ⅴ类水总磷质量浓度标准[17]，称取磷酸二氢钾（分析纯）配制P0.4 mg·L-1和1.0 mg·L-1的磷标准溶液。准确称取上述试验材料0.5 g于150 mL三角瓶中，添加50 mL模拟磷污染溶液，重复4次，恒温（200 r ·min-1，(25 ±1) ℃）荡1 h，静置23 h，后4500 r·min-1离心8 min，过0.22 μm滤膜，钼蓝比色法[18]测定滤液的磷含量。 试验数据由Excel 2003和SPSS 13进行处理作图和方差分析, 并使用Duncan′s 新复极差法（LSR）进行多重比较。 2 结果与讨论 Table 1 The mine spots and composition of different clay minerals 粘土矿物类型 编号 产地 产状 矿物组成 凹凸棒石粘土 AP-1 江苏盱眙 灰白色粘土，致密层状 凹凸棒石粘土，伴一定量白云石和少量石英 凹凸棒石粘土 AP-2 江苏盱眙 灰白色粘土，致密层状 凹凸棒石粘土，伴较多白云石 凹凸棒石粘土 AP-3 江苏盱眙 青灰色粘土，松散土状 凹凸棒石粘土，伴较多蒙皂石、长石和少量白云石、石英、蛭石、铁氧