粘土矿物在环境保护中的应用研究
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粘土矿物含量粘土矿物是一种重要的地质材料,具有广泛的应用价值。
其主要成分为硅酸铝钠钙,是一种含水层状矿物,由于其层状结构,所以具有很强的吸附性能和大量的表面活性位点,因此在环境保护、地质勘探、建筑材料、陶瓷、化妆品等领域得到了广泛的应用。
粘土矿物的含量是一个重要的地质参数,下面我们将探讨粘土矿物含量的影响因素、测定方法及其矿物学特征。
一、影响粘土矿物含量因素1、沉积物质的种类和来源:沉积物物质的不同来源导致了其不同的成分。
粘土矿物在形成过程中需要地壳中的铝、硅元素和基性、超基性物质的参与。
影响粘土矿物的含量还与其成因和化学成分有关。
2、环境因素:沉积环境对沉积物产生了重要影响。
在干旱的环境下,沉积物物质的矿物富含粘土矿物,尤其是伊利石矿物的含量就很高。
而在湿润的环境下,沉积物物质中矿物质也会受到淋溶和碎裂的作用,导致矿物质的含量降低。
3、沉积速率:沉积速率也与粘土矿物含量有关。
当沉积速率越快,矿物粗粒度就越小,含细粘土矿物成分比例就越高。
4、气象因素:气候状况也会对粘土矿物含量产生影响。
例如,温度升高会导致细颗粒被碾碎,而冷却则会促使粘土矿物的形成。
二、测定粘土矿物含量的方法1、X射线衍射法该方法是目前最常用的测定粘土矿物含量的方法。
原理是通过测定样品与X射线的相互作用,消除时变得到材料的粘土组成。
这种方法根据矿物的晶格结构,分析出材料中粘土的成分,并根据每个粘土矿物的特性计算粘土矿物含量。
2、热释光法该方法在测定粘土含量方面应用广泛。
其原理是用外部光源照射样品,尤其是来自地幔和地壳的岩石样品。
施加热后,样品中包含的粘土矿物会释放热量,利用此热量得到材料的粘土组成。
3、扫描电镜法扫描电镜可对样品高清晰度成像,展示出只有显微照相机才能表现出的样品细节。
从而让我们更清楚的看到样品中的微观结构和矿物成分。
三、粘土矿物的矿物学特征1、蒙脱石蒙脱石是粘土矿物中最常见的一类。
其结构中有大量的镁元素,可以吸附铵盐、有机碱和其他有机物。
农村生态环境 2004,20(4):1-5 Rural Eco2Environment 几种粘土矿物和粘土对溶液中磷的吸附效果袁东海1,高士祥1,景丽洁2,尹大强1①,王连生1① (1.南京大学污染控制与资源化国家重点实验室,江苏南京 210093;2.吉林化工学院环境科学系,吉林吉林 132022)摘要:通过磷等温吸附与饱和吸附后释放试验,研究了高岭土、蒙脱土、凹凸棒土、蛭石和沸石对溶液中磷的吸附效果及其影响因素。
结果表明,蛭石磷理论饱和吸附量最大,为3473mg・kg-1,其他依次为凹凸棒土、黄褐土、蒙脱土、下蜀黄土和沸石,高岭土磷理论饱和吸附量最低,为554mg・kg-1。
影响粘土矿物和粘土磷理论饱和吸附量的主要因素是钙含量和胶体氧化铁及氧化铝的含量,pH值、阳离子交换量和比表面对磷理论饱和吸附量影响不大,粘土矿物和粘土吸附磷的机制主要为化学吸附。
粘土矿物和粘土磷饱和吸附后释放试验表明其磷释放量很低。
关键词:粘土矿物;粘土;磷;吸附;净化中图分类号:X793;X703;S153 文献标识码:A 文章编号:1001-5906(2004)04-0060-04Phosphorus adsorption of some clay minerals and soils.YUAN Dong2hai1,G AO Shi2xiang1,JING Li2jie2,YIN Da2qiang1,WANG Lian2sheng1(1.S tate K ey Laboratory of P ollutant C ontrol and Res ources Reuse,Nanjing University,Nanjing210093,Chi2 na;2.Department of Environmental Science,Jilin Institute of Chemical T echnology,Jilin132022,China).Rural Eco2Environ2 ment,2004,20(4):60-63,72Abstract:Phosphorus ads orption of kaolinite,m ontm orillonite,attapulgite,vermiculite and zeolite and their affecting factors were studied through experiment on is otherm P ads orption and post2saturation2ads orption P release.Results show that vermiculite is the2 oretically the highest in P saturation ads orption capacity,being3473mg・kg-1and followed by attapulgite,yellow cinnam on s oil, m ontm orillonite and X iashu loess,zeolite and kaolinite.The last is the lowest in theoretic P saturation ads orption capacity,lingering at554mg・kg-1.The P ads orption capacity of these clay minerals and s oils was mainly in fluenced by their contents of reactive Ca,Fe and Al,but it was not much affected by s oil pH value,CEC and specific sur face of the clay minerals and s oils,because the main mechanism of the ads orption is chemical s orption.Meanwhile another experiment on des orption of phosphorus from these clay minerals and s oils saturated with phosphorus was als o conducted.Results show that P release from the clay minerals and s oils after P saturation ads orption was very limited.K ey w ords:clay mineral;clay s oil;phosphorus;ads orption;purification 粘土矿物和粘土是我国重要的非金属矿资源,近些年来,由于粘土矿物和粘土具有优越的表面性能和电化学性质,在环境保护和污染物净化处理技术中得到广泛应用[1]。
粘土矿的类型及评价粘土矿是一类常见的矿石,主要由含有重铝、硅酸盐和水合物的粘土矿物组成。
粘土矿分为几个不同的类型,每种类型具有独特的特性和用途。
下面将详细介绍几种常见的粘土矿类型及其评价。
1.膨润土:膨润土是一种具有良好膨胀性和黏性的粘土矿物,主要成分是蒙脱石。
由于其优异的吸附性能和黏合能力,膨润土广泛用于造纸、陶瓷、橡胶、涂料和油漆等领域。
膨润土还常用于土壤改良和污水处理等环境应用。
评价方面,膨润土具有良好的防水性和抗腐蚀性,但其膨胀性也可能导致土壤沉降和基础沉降的问题。
2.伊利石:伊利石是一种硅酸盐矿物,具有良好的黏性和塑性,常见于河流和海滩沉积物中。
伊利石可用于制造陶瓷、涂料、塑料、化妆品和橡胶等产品。
由于其细小颗粒和高度吸附性,伊利石也常用于净化水和处理废水。
评价方面,伊利石具有良好的吸附性能和化学稳定性,但其吸湿性可能导致一些产品在湿度变化较大的环境中失去稳定性。
3.绿泥石:绿泥石是一种含有附加镁的伊利石,其颜色通常呈现绿色。
绿泥石具有良好的塑性和黏性,广泛应用于制造陶瓷、粘合剂、催化剂和染料等领域。
由于其吸附性能,绿泥石也被广泛应用于环境保护和土壤修复。
评价方面,绿泥石具有良好的吸附能力和分散性,但其高含水量可能导致加工和储存时的问题。
4.蒙脱石:蒙脱石是一种含有大量钙和铝的粘土矿物,具有良好的粘性和吸附性。
蒙脱石广泛用于制造猫砂、净化剂、催化剂和纸浆等产品。
由于其高度吸水能力和吸附性,蒙脱石也被用于土壤修复和废水处理。
评价方面,蒙脱石具有良好的吸附性和分散性,但其颗粒粘附性可能导致产品产生尘埃。
总体来说,粘土矿是一类多功能的矿石,具有广泛的应用潜力。
然而,每种粘土矿类型具有其自身的优点和缺点,需要在具体应用中考虑。
此外,由于近年来环境保护的重要性日益凸显,粘土矿的环境友好性和可持续性也成为评价的重要因素之一。
粘土矿物的结构及其对环境污染物的吸附行为粘土矿物是一种重要的地质资源,广泛存在于自然环境之中。
它们结构稳定,比表面积大,拥有优秀的吸附性能,因此在环境治理和废水处理等领域有广泛的应用。
一、粘土矿物的结构粘土矿物的结构单位是孪生层,孪生层由硅氧四面体和氢氧八面体构成。
硅氧四面体为一氧化硅与三氧化硅组成的六角形结构,氢氧八面体为氢氧化铝二面体结构。
这两种元素交替排列,形成一个双层板状结构,内层氢氧八面体的底面朝着粘土矿物表面,两层之间由阴离子静电作用结合。
粘土矿物的种类有很多,常见的有蒙脱石和伊利石。
蒙脱石表面带有负电荷,因此能够吸附阳离子和中性分子,如氨气、甲烷、氢气等。
伊利石也有负电荷,但吸附的是主要是某些有机物和阴离子物质。
粘土矿物的层数和吸附性质都与晶体结构密切相关。
二、粘土矿物的吸附特性粘土矿物的吸附特性是由其表面化学性质和孔道结构决定的,因此不同的粘土矿物对不同的污染物有不同的吸附表现。
例如,对于有机物质,表面上的静电作用和氢键作用是吸附的主要原因。
粘土矿物表面上的负电荷会吸引阳离子或带正电的有机物,因此吸附基本上是键合作用。
粘土矿物对重金属污染物的吸附作用因金属离子的性质而异。
通常来说,单一金属离子被粘土矿物吸附的速率十分快,半衰期数秒至几分钟之间,而对于两种或以上的金属离子来说,吸附的速率远慢于单一金属离子。
三、粘土矿物在环境治理中的应用粘土矿物广泛应用于环境治理和废水处理等领域。
例如,可将粘土矿物作为一种吸附剂来去除废水中的污染物,如铅、镉、砷、铬等重金属,或有机污染物如苯、甲苯、乙苯、二甲苯等。
此外,由于粘土矿物吸附能力优异,因此常用于土壤修复。
土壤中的污染物对植物生长的影响很大,而粘土矿物的吸附能力可以将污染物从土壤中移除,从而改善土地生态环境。
四、结语总的来说,粘土矿物的结构特殊,吸附特性优秀,因此在环境治理和废水处理等方面有广泛的应用前景。
尽管粘土矿物的种类较多,但其解决污染问题的吸附机制本质上是类似的。
xrd 粘土矿物类型摘要:一、XRD 粘土矿物类型的简介二、XRD 粘土矿物类型的分类1.蒙脱石2.伊利石3.高岭石4.绿泥石5.其他类型三、XRD 粘土矿物类型的应用领域1.环境保护2.石油化工3.建筑材料4.医药卫生5.其他领域正文:XRD 粘土矿物类型是一种通过X 射线衍射技术对粘土矿物进行分类的方法。
粘土矿物广泛分布于自然界,具有独特的物理、化学性质和广泛的应用价值。
根据XRD 图谱特征,粘土矿物可分为蒙脱石、伊利石、高岭石、绿泥石等主要类型,以及一些其他类型的粘土矿物。
蒙脱石是一种最常见的粘土矿物类型,其结构特点是由层状硅酸盐片组成,片间通过水分子结合。
蒙脱石具有良好的吸附性能、离子交换能力和润滑性能,广泛应用于石油化工、环境保护等领域。
伊利石是一种含水硅酸盐矿物,其结构中包含四面体硅酸盐和八面体铝酸盐片。
伊利石具有高熔点、高硬度和耐酸碱腐蚀等特点,主要应用于建筑材料、陶瓷工业等领域。
高岭石是一种重要的粘土矿物类型,其结构由硅酸盐和铝酸盐片交替排列组成。
高岭石具有优良的悬浮性能、分散性能和增稠性能,广泛应用于石油化工、涂料、建筑材料等行业。
绿泥石是一种富含镁的硅酸盐矿物,其结构特点是由四面体硅酸盐片和八面体镁离子组成。
绿泥石具有良好的抗压强度、抗磨损性能和抗腐蚀性能,主要应用于环保、石油化工、建筑材料等领域。
除了上述四种主要的粘土矿物类型外,还有一些其他类型的粘土矿物,如海泡石、蛭石、凹凸棒石等。
这些粘土矿物具有各自独特的结构和性能,广泛应用于医药卫生、环境保护、石油化工、建筑材料等众多领域。
总之,XRD 粘土矿物类型是一种重要的分类方法,通过对粘土矿物的结构特征进行研究,有助于深入了解其性能和应用价值。
凹凸棒石粘土在环境保护中的应用前景卢晓敏(广州华南师范大学化学与环境学院环境科学022 510631) 摘要:粘土矿物具有良好的吸附、过滤、分离、离子交换等物理化学性能,在环境保护中广泛应用。
本文主要针对凹凸棒土在污水处理中的应用研究进展作一综述。
凹凸棒石粘土是一种稀有资源,它具有独特的结构和性质,有着广泛的用途。
关键词:凹凸棒石粘土、环境、废水处理、趋势前言随着我国工业的发展, 许多化学污染物以多种途径进入环境, 对人类与生态环境产生了直接或潜在的危害。
人们已经研究出多种物理、化学和生物的方法来转移这些污染物。
由于粘土矿物比活性碳及斜发沸石等更为廉价, 且具有高化学、机械稳定性, 多孔隙率、多种表面和结构、分散悬浮性、离子交换性、吸附性等, 故用颗粒细小的粘土矿物及改性粘土矿物来转移污染物已经成为人们研究的热点。
,1, 1.凹凸棒石粘土的物性凹凸棒石又称坡缕石或坡缕缟石,是一种具链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物。
其结构属2+1型粘土矿物。
在每个2+1单位结构层中,四面体晶片角顶隔一定距离方向颠倒,形成层链状。
在四面体条带间形成与链平行的通道,通道中充填沸石水3 +3 +和结晶水。
由于Al 、Fe 等类质同象置换,形成铝凹凸棒石和铁凹凸棒石等变种。
凹凸棒石粘土是以凹凸棒石为主要组分的一种粘土矿石,除含凹凸棒石外,常含有蒙脱石、高岭石、水云母、海泡石、石英、蛋白石及碳酸盐等矿物。
凹凸棒石形态呈毛发状或纤维状,通常为毛毯状或土状集合体。
莫氏硬度2,3 ,加热到700,800?,硬度>5;比重为2.05,2.32。
由于凹凸棒石独特的晶体结构,使之具有许多特殊的物化及工艺性能。
主要物化性能和工艺性能有:阳离子可交换性、吸2水性、吸附脱色性,大的比表面积(9.6,36m/g),以及胶质价和膨胀容。
凹凸棒石粘土主要用途见表1:表1 凹凸棒石粘土的主要用途应用领域主要用途化工作为橡胶的加工助剂,催化剂载体,用于去除石油中的水份、硫、蓝色物质等杂质的吸附剂深海石油钻井和地热钻深海钻井、内陆含盐地层石油钻井和地热钻井的优质泥浆井原料建筑材料涂料;化工搪瓷;墙体衬料等农药、化肥农药载体,制作干燥、稳定的钾肥和氨肥医药除去黄曲霉素B1 ;净化糊精,除去蛋白残渣环保污水净化;粪便、废水的除臭、脱色粘接剂墙壁粘接剂,酚醛树脂粘接剂复印、复写、印刷压敏复写纸、印刷纸、复写接受纸,活性染料印刷基板,成色影像复合材料原子能工业放射性物质的处理铸造增强型砂强度的粘合剂硅酸盐工业高镁耐火材料的耐高温涂层12.凹凸棒石粘土在环境科学中的应用国内很多大专院校和科研院所参与了凹凸棒石粘土的开发研究,使我国凹凸棒,2,石粘土测试标准和产品从无到有推向市场。
粘土矿物的制备及应用技术特点摘要:本文介绍了粘土矿物的性质、种类、优点及制备方法,并详细介绍了高岭石、蒙脱石、凹凸棒石、海泡石的研究进展和面临的问题,并阐述了纳米粘土矿物的应用情况。
关键词:粘土矿物;种类;制备;应用The preparation and application of clay minerals Abstract:In this letter we introduced the properties,kinds, advantages and preparations of the clay minerals. Introduces the research progress of kaolinite, montmorillonite, attapulgite and sepiolite, and the problems faced in study,and e xpounds the application of nanometer clay minerals.Key word: clay mineral; kinds ; preparation; application1前言粘土是一类广泛存在于土壤中的物质, 由于长期处于特定的环境条件下, 粘土矿物具有许多优越的特性,例如巨大的比表面积,良好的吸附性能,较高的吸附容量和离子交换能力,出色的粘附性、润滑性、悬浮性、流变性、稳定性等, 而这些特性是沙子或泥土无法通过机械粉碎实现的。
粘土的用途非常广泛, 包括可用来制作陶器、陶瓷、耐火产品的内衬、计算机芯片、化妆品和药品。
粘土中常见的矿物有:高岭石、蒙脱石、凹凸棒石、海泡石、伊利石、绿泥石等硅酸盐类化合物和由硅藻类微生物骨骸紧密堆积而成的硅藻土,以及层状双金属氢氧化物类化合物水滑石等矿物。
纳米黏土主要用作聚合物基复合材料的增强材料。
近年来,纳米黏土增强聚合物基复合材料的基础理论研究、应用开拓研究等取得一系列研究成果,不仅为纳米黏土在高新技术领域的应用开辟了新的途径,而且在制备技术、生产工艺参数和生产过程的控制等方面较其他纳米材料更简单,生产成本更低廉,具有广阔市场前景。
黏土矿物在地质工程中的应用研究在地质工程中,黏土矿物是一种重要的材料。
黏土矿物常见于地球表面的岩石和土壤中,其特殊的物理化学性质使其在地质工程中具有广泛的应用。
本文将探讨黏土矿物在地质工程中的应用研究。
首先我们来了解一下黏土矿物的基本特性。
黏土矿物主要由铝硅氧化物组成,颗粒细小而多孔,具有很强的吸附性能和可塑性。
这些性质使得黏土矿物适用于处理土壤的强度、渗透性和膨胀性等问题。
黏土矿物在地质工程中广泛应用于土壤加固和基础建设领域。
黏土矿物的吸附性能可以吸附周围环境中的水分和有害物质,从而提高土壤的稳定性和可持续性。
例如,在道路基层处理中,黏土矿物可以通过形成水泥性物质的黏性粘土胶凝剂来提供土壤的强度和稳定性。
此外,黏土矿物还可以用于土壤的渗透性调控。
在地质工程中,土壤的渗透性是一个重要的参数,它决定了地下水的流动和土地的排水能力。
通过调整黏土矿物的含量和分布,可以改变土壤的孔隙结构和孔隙率,从而改善土壤的渗透性。
这在治理地下水位过高和预防土壤液化等方面有着重要的应用。
此外,黏土矿物还可以用于土质地基的加固和稳定。
在建筑工地中,往往会遇到松散和不稳定的土壤地基,这对建筑物的安全性和稳定性造成了严重的威胁。
黏土矿物可以通过与土壤颗粒的结合来增加土壤的粘聚力和剪切强度,从而提高土壤的承载能力和抗剪强度。
这在土地开发和大型工程建设中具有重要的意义。
值得一提的是,黏土矿物在环境工程中也有着广泛的应用。
由于黏土矿物的吸附性能,它可以用于水质处理和废水处理。
对于富含重金属离子的废水,黏土矿物可以通过吸附作用将有害物质从水中去除。
这为水质改善和环境保护提供了新的途径。
总之,黏土矿物在地质工程中具有广泛而重要的应用价值。
通过调控土壤的强度、渗透性和稳定性,黏土矿物可以有效提高地下工程和土地开发的安全性和可持续性。
此外,黏土矿物在环境工程和水质处理中也有着重要的应用。
对于地质工程师来说,深入研究和应用黏土矿物的特性和性能,将有助于解决地下工程和土地开发中的难题,为人类创造更安全、更宜居的生活环境。
粘土矿物的重要性与应用粘土矿物是一类具有层状结构的矿物,由于其分散性好、化学活性强、吸附性能优异,被广泛应用于工业、农业、环境、生物等领域。
1、工业领域粘土矿物在工业领域的应用主要包括陶瓷、建筑材料、塑料、纺织、造纸、沥青、涂料等多个方面。
陶瓷领域:粘土矿物是陶瓷的基本原料之一,具有很强的塑性和可塑性,可以制作出瓷器、卫浴、陶艺品等。
建筑材料领域:粘土矿物作为建筑材料的主要原料之一,它可以制作砖、瓦等建筑材料,同时还可以用于墙体装饰、地板材料等。
塑料领域:粘土矿物是高分子材料增强剂的重要组成部分,能够提高塑料的强度和硬度,使其更加耐用。
纺织领域:粘土矿物可以作为纺织品的染整剂,能够增加面料的柔软性和吸湿性,使得衣服更加舒适。
造纸领域:粘土矿物可以作为造纸原料,通过其良好的分散性和吸附性能,可以减少纸浆中的杂质,提高纸张的质量。
涂料领域:粘土矿物在涂料中作为填料或稠化剂,可以增强涂料的附着力和耐候性,提高涂料的遮盖力,同时还可以防火、防腐蚀。
2、农业领域粘土矿物在农业领域的应用主要包括土壤改良、水源、饲料添加剂等方面。
土壤改良:粘土矿物具有良好的吸水性和保水性,能够增加土壤的肥力和抗旱能力,促进作物的生长。
水源:粘土矿物可以作为净水剂,通过其强大的吸附性能,吸附水质中的有害物质,净化水源。
饲料添加剂:粘土矿物可以增加动物的食欲,促进动物的生长,同时还可以抗病毒,提高动物的免疫力。
3、环境领域粘土矿物在环境领域的应用主要包括环境污染治理、废水处理、工业废气处理等方面。
环境污染治理:粘土矿物可以作为吸附剂,吸附空气或水中的有害物质。
例如,在某些国家,由于环境污染严重,人们采用一种名为“土壤铺盖法”的方式,通过利用粘土矿物吸附有害物质,来治理污染。
废水处理:粘土矿物可以作为废水处理的原材料,通过其吸附性能可以去除水中的废物,提高水质。
工业废气处理:粘土矿物可以吸附和分解工业废气中的有害物质,净化大气,改善环境。
粘土矿物在环境保护中的应用黏土的用途黏土1.粘土矿物材料的研究现状人类社会的发展史就是人们利用矿物材料的文明史。
随着科学技术的发展和工业化程度的不断提高,许多金属材料的性能已不能适应高强、高速、高温、轻质、绝缘、耐腐蚀等方面的要求,因而非金属矿物材料的发展十分迅速,如美国汽车工业中轿车钢铁构件已由占81%降为61%,采用由非金属材料制成的构件大大减轻了车重,节约了钢材;发达国家一些原来从事钢铁、造船等行业的研究已转向新型材料及新型陶瓷的研究。
同时,伴随着矿物材料的深加工技术的发展,矿物材料的利用价值和应用领域不断提高,如散装膨润土30美元/吨,而有机膨润土2400-3600美元/吨;重晶石散装未碎者40美元/吨,而药物级达2560美元/吨;石墨原矿500美元/吨,石墨密封材料7000美元/吨,而石墨乳10000美元/吨。
近年来无机非金属矿物材料在环境保护中的应用不断加强,使矿物材料成为治理、修复环境污染的环境材料。
新型材料是发展高新技术产业的重要支柱之一,随着材料结构向多元化、功能化、智能化发展,矿物材料已成为现代材料科学的重要组成部份。
传统的或一般的矿物材料的应用是直接利用矿物(包括部分岩石)本身所具有的物理化学性质和工艺特性,而且只作为单一性能或低性能的一般材料来应用。
如陶瓷矿物材料、建筑矿物材料、化工矿物材料和冶金辅助矿物材料等,这种传统的矿物材料都是低值材料或产品,并由于其本身性能的局限性或未得以强化增强,因而在诸多领域的应用受到限制。
随着科学技术的发展,矿物材料正在向轻型、高纯、精细和复合方向发展,具有特殊功能的矿物材料已成为新型材料和应用技术研究开发的主流。
因此,特种矿2.粘土矿物在环境治理中的应用虽然物质文明提高、人类在创造物质文明的同时,也在不断破坏人类赖以生存的空间环境,地球温室效应、酸雨现象、高新技术产生的污染、臭氧层的穿孔、地球资源的枯竭、废弃物的增加等对地球环境的破坏越来越严重,保护环境、治理环境、有机地协调经济发展与生态环境保护已成为我国21世纪可持续发展的战略目标的重要内容。
随着“在原料采用、产品制造、使用或者再生循环以及废料处理等环节中对地球负荷最小和最有利于人类健康的材料”绿色材料新概念的提出,矿物材料不仅是绿色材料主要组成,而且在环境保护和环境治理中起着重要的作用。
2.1矿物材料在治理空气污染中的应用大气污染系指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中,呈现足够的浓度,达到足够的时间,并因此而危害了人体健康,舒适感或环境。
大气污染物按其存在状态可分为气溶胶污染物和气态污染物两大类。
其中气态污染物在一定的条件下可转化为气溶胶态污染物,气态污染物包括了以二氧化硫为主的含硫化合物,以氧化氮和二氧化氮为的含氮化合物、碳的氧化物、碳氢化合物及卤素化合物。
2.1.1工业废气治理工业废气是我国大气污染的主要来源,仅建筑材料的生产每年排出废气10.96亿立方米;废水排放量355亿吨;其中水泥、与传统墙体材料等每年排放的CO2量约为6.6亿吨,占全国工业排放CO2量的40%左右。
据资料介绍,我国目前每生产一吨水泥熟料要排放1吨CO2、0.74公斤SO2、130公斤粉尘;每生产1吨石灰排放1.18吨CO2。
由于有害气体多为酸酐,大部分能溶于水,因而可用呈碱性的矿物与酸酐发生中和,从而吸收酸酐,达到清除废气的目的。
石灰石(方解石)、生石灰、方镁石、水镁石、坡缕石等均属此类矿物材料,如日本用方镁石、水镁石吸收SO2、SO3废气:MgO+SO2+H2O→MgSO3+H2OMg(OH)2+SO2+H2O→MgSO3+2H2OMg(OH)2+SO3+H2O→MgSO3+2H2OWerner(1987年)成功地研制了用石灰石和生石灰进行烟道干法脱硫的方法。
在T=820~1370K下,用粒度为0.1~2mm的石灰石或生石灰,对SO20.1~1%(体积百分比)的烟气作脱硫处理,停留时间为30秒至6小时,生石灰对废气的吸收容量可达50%。
S.Dicter(1987年)用TiO2和过渡族元素催化剂(如钒的氧化物),采用还原法,将NO x转化为N2和H2O,反应温度为350℃左右。
张长剑(1981年)将石盐添加进煤和石灰石的沸腾炉内可降低有害气体生成量,因为NaCl能有效地提高石灰石活性,使炉内废气排出量明显减少,降低石灰石消耗量达50%。
对于不溶于水的酸酐,可先转化为溶于水的酸酐,再用上述方法处理,此外利用粘土矿物,沸石以及改型后的多孔状矿物作吸附剂也可排除有害气体,净化环境。
如斜发沸石、丝光沸石、菱沸石、毛沸石、坡缕石、海泡石、膨润土、高岭石、多孔SiO2、活性Al2O3、白云石、泥炭、硅藻土等。
2.1.2城市空气治理城市空气污染主要来源于汽车尾气的排放,其中包括NO x、金属排放物,如Pb等排放,随着现代大中城市之无铅汽油的使用,由汽车排放的铅金属阳离子的危害大为减少,同时三元催化油的使用与使得汽油的燃烧NO x排放量的显著减少。
以青石为主体的三元催化剂载体得到了广泛的应用。
青石为环状结构含铝硅酸盐。
四面体中存在着[ALO4]对[SiO4]置换以及配位多面体中金属阳离子的类质同像置换,活性强,同时具有极好的高温热稳定性。
日本近来利用高温热稳定性好,同时吸附能力强的海泡石制作高效汽车尾气净化器,由于汽车排放气体有害万分主要为NO x,以纳米质多孔石或锐钛石为主要成分的光触媒净化涂料得到广泛应用。
2.1.3室内空气污染室内空气污染及治理是当前的热门研究课题,也是百姓关注的重要话题。
随着家庭装饰装修材料主要是人工合成材料高分子材料使用的增多,不仅引出了短时间的空气污染,同时带来长久的潜在隐患。
短期的空气污染主要表现在甲醛、氨、苯等早期释放强浓度的危害。
空气中甲醛(HCHO)超标对人体的危害是非常严重的,并且这种危害具有长期性、潜伏性、隐敝性,严重的会引鼻腔癌、咽喉癌、肺癌和消化系统癌症。
甲醛可经呼吸道吸入,其不溶液“福乐马林”可经消化道吸收。
当空气中含量达到30mg/m3时,可导致人当即死亡。
氨是冬季混凝土施工外加剂的释放物。
国家规定居住区的安全氨浓度为小于0.2 mg/m3。
氨浓度过高时,除皮肤腐蚀作用外,还可通过三叉神经末梢的反射作用引起心脏停搏和呼吸停止。
氨以气体形式吸入人体肺后,容易通过肺细胞进入血液与血红蛋白结合,破坏运氧功能。
氡是建筑材料,如砂、石、砖、地下土壤中放射性物质形成的无色无味的天然放射性气体。
因此高反射性建筑材料是导致氡的主要物源。
这些物质可能包括放射性超标的花岗岩石材,具反射性矿渣、煤渣混凝土砌块或粉煤灰砌块,也可以来自高放射性背景区的高温烧制材料如瓷砖等。
氡作用于人体可导致人体的造血器官、生殖系统、神经系统和消化系统的损伤,同时会很快衰变成人体能吸收的核素,进入人的呼吸系统造成辐射损伤。
以锐钛矿型纳米TiO2光触媒净化器已有效于应用于室内空气净化,其作用机理为在紫外光照射下,TiO2表面生成空穴(h+)同时生成电子(e-)空穴使H2O氧化,(e-)使空气中的O2还原。
H2O + h+→·OH+H+O2+ e-→O2-·OH基团的氧化能力很强,对有机物以及甲醛、萘、苯酚等进行氧化分解,最终生成CO2和水,及NH3·OH。
并对病菌及其分泌物毒素均有较强的杀灭和降解作用。
以沸石、坡缕石、海泡石多孔结构为载体的载银无机抗菌剂也产生相似的作用和效果。
坡缕石、海泡石为天然的纳米纤维矿物材料,其单晶纤维直径仅0.03-0.08μm即30-80nm.径长比大于1:100—1:1000。
基于其特有的沸石孔道结构、晶体表面生长缺陷的发育和纳米级尺寸效应,经充分分散处理后的海泡石、坡缕石具有大于300m2/g的比表面积和超强吸附性。
以纤维状坡缕石、海泡石制作的环保型特种多功能纸不仅具有难燃、阻燃效果,而且有效的吸附室内空气中的氮氧化物(NO x)和有害极性气体,应用于空气净化超细滤膜纸,由于海泡石、坡缕石的强防辐射屏蔽性,其壁纸材料可有效防止建筑墙体氡气的析出。
2.2粘土矿物在治理水污染中的应用废水通常包括工业废水和生活废水两种,工业废水的污染性视其来源不同而表现出不同的污度和有害成分,无机物废水、有机物废水和反射性废水。
前一种可以通过简单的净化处理达到效果,而后两种,特别是含有酚、氰化物和重金属离子(如镉、铅、铬、汞、砷)对人类的生活和生存有着极大的危害生活废水一般不含有毒物质,但含有大量细菌和病原体,我国水资源量为28000亿m3(其中地下水为8000亿m3),居世界第六位,但人均占水量居世界第88位,全国每天缺水2000万吨,水资源危机日益突出。
由于工业废物的产生,使得大部分城市的地下水受到不同程度的污染,重金属离子、有机化合物及一些亚硝酸盐在水中的含量大大超出了所规定的标准。
因而防止水污染以及对废水、污水进行净化处理,是充分利用水资源、保护水资源的重要途径,同时对于人类的健康提供了必要的条件。
前人进行了金属矿物的废水处理,如软锰矿可以用于处理酸性含As废水,磁铁矿可除去废水有颜色、混浊物和铁、铝等,当pH值为2~9时,磁铁矿除As可达99%,在合适的pH值范围内,经硫铁矿处理的水中,As≤0.05mg/L,达到了饮用水的标准。
用天然黄铁矿清除Cu2+、Cd2+、Pb2+、As3+、As5+、Cr6+,效果可达98%,.采用矿物材料处理废水、污水的方法,目前主要有过滤、中和、混凝沉淀、离子交换和吸附等方法,用于过滤方法的矿物材料主要是矿物砂,这对矿物材料的要求主要是:在水中稳定,即不溶解、不电离、不与水发生反应,并保持中性。
同时为了除去水中固体微粒等杂质,对过滤所用的矿物砂的粒度、圆度及级配都有一定的要求,常用矿物有石英、钛铁矿、重晶石、石榴石、多孔SiO2、硅藻土等,板柱状矿物和片状矿物不宜单独用作过滤矿物砂。
利用矿物材料控制调节水体中的pH值,例如用方解石、白云石、长石等矿物处理酸性水,使之转变为中性水,其机理为:CaO+2H+→Ca2++H2OMgO+2H+→Mg2++H2OMg(OH)2+2H2O→Mg2++2H2O又如用石灰石—氯化钙法处理不锈钢酸洗液含F废水,中和反应时间为10-20分钟,pH=7-7.5,废水中的F可除至10mg/L以下。
而利用石英等酸性矿物可处理强碱性水,其机理为:2(Na,K)(OH)+SiO2→(Na,K)2SiO3+H2O利用矿物吸附、离子交换以及其它的物理化学性质进行废水处理是最为常见的对方法,例如利用矿物的荷电性质,与水体中具异性电荷或极性分子的污染物胶体或离子发生凝聚,从而使污染物沉淀,可用作沉淀剂的矿物有明矾石、绿矾、苏打、生石灰、三水铝石、高岭石、蒙脱石等。