膨润土的改性方法及其在吸附放射性核素的研究进展 - 副本VIP免费

膨润土的改性方法及其在吸附放射性核素的研究进展1前言随着核能的不断发展,特别是上世纪中叶以来,人类在开发利用核能过程中产生了大量高放废物。由于高放废物含有放射性强、半衰期长和毒性大的核素,需要将废物与人类生存的环境长期可靠有效地隔离,使废物中的放射性核素依其自发衰变规律达到天然放射性水平[1]。如何安全地处置高放废物己成为当前放射性废物管理的难点问题,已引起国际社会的广泛关注。膨润土具有较强的吸附能力,功能可与活性炭相媲美。而且我国有丰富的膨润土资源。全国26个省市(自治区)有和膨润土矿床(点),资源量达75亿吨以上,而且我国膨润土矿产质优量大,种类齐全[2]。膨润土是一种层状铝硅酸盐粘土矿物，主要成分是蒙脱石。蒙脱石矿物的晶体结构属于而八面体型，其结构单元是由Si–O4四面体中间夹一个Al-O4(OH)2八面体片组成的2:1型晶体结构[3]。由于其特殊的晶体结构，膨润土具有一系列良好的物理化学性质，如比表面积大，阳离子交换容量大，对有机和无机污染物的吸附力强，低透气性，低渗透性，成本低，分布广泛且储量丰富[4]。2膨润土的改性方法为了提高膨润土的使用价值和各方面的性能，根据膨润土的实际应用目的来改变膨润土矿物的物理性质和化学性质，从而对其进行改性。常用的膨润土改性方法有机械改性法焙烧改性法、酸活化改性法、盐改性法、有机改性法和交联改性法等[5]。2.1机械改性法顾名思义膨润土的机械改性就是是利用机械力的作用使膨润土的某些活性和性能得到提高的改性方法。通过对膨润土原矿进行不同条件的球磨超细粉碎,在机械力的作用下，使膨润土的晶体构发生变化，从完好晶型到无定型晶型的转变，从而提高膨润土的表面活性以及与其他物质反应的活性[6]。2.2焙烧改性法焙烧改性就是是在不同温度下煅烧膨润土。在高温的作用下，膨润土在高温下的作用下会失去表面水、水化水和结构中的结合水以及空隙中的一些杂质，使孔隙率增加，结构更加疏松，比表面积增大，吸附性能得到大大改善[7-9]。膨润土的比表面积会随着焙烧温度的升高而增大，在450℃焙烧膨润土的比表面积可超过120m2/g，是原土的一倍以上，但温度超过500℃时，膨润土中的有利结构会遭到破坏，使蒙脱石晶体结构摺曲，比表面积和孔隙率急剧下降，同时成本也相应增加。一般将焙烧活化法与其它改性方法相结合，制备各种改性膨润土[10]。2.3酸活化改性法对膨润土进行不同类型和浓度的酸处理，实际上就是在一定固液比、时间和温度下浸泡天然膨润土，使膨润土层间的Al3+、Mg2+、Ca2+等金属离子以可溶盐的形式溶出，进而削弱层间作用力，使膨润土带上更多的永久负电荷，更有利于离子交换，增大膨润土的吸附能力[11]。经酸化后的改性膨润土叫活性白土或者漂白土，其孔容和比表面积都有有很大的提高，层间的相互作用力被削弱，使得层间晶格不像原来那么紧凑，吸附位增加[12]。2.4盐改性膨润土盐改性膨润土就是将一定细度的膨润土在浸泡不同类型和浓度的盐溶液中，在一定温度下搅拌一定时间，过滤，洗涤、干燥后即得到盐改性的膨润土。膨润土经过钠盐、镁盐的活化改性后，其吸附能力得到提高[13-15]。Na+和Mg2+可以平衡硅氧四面体上负电荷的作用，这些低电价、半径大的离子和结构单元层之间的作用力较弱，从而使层间阳离子更容易发生离子交换。同时，在溶剂的作用下，层间剥离分散成更薄的单晶片，又使膨润土的彼表面积增加，这种电荷作用和巨大的比表面积使得膨润土的吸附性能大大增加[16-19]。2.5有机改性法有机改性膨润土其实就是将膨润土有机化，用有机官能团或者有机物取代膨润土层间或表面可交换性无机阳离子或结构水，形成以共价键、离子键、偶合键或者范德华力结合的有机膨润土复合物[20]。由于膨润土的阳离子交换性及其蒙脱石特殊的晶体结构，使得膨润土具有吸附溶液中有机化合物的能力。有机膨润土复合物是一类亲油性的物质，常被用来吸附溶液中的有机物污染物。有机改性膨润土最大的特点是可以循环使用，有很可观的经济效益和环境效益。有机改性有两种，一种是化学改性，另一种是物理改性[21]。2.5.1化学改性化学改性是通过有机阳离子与蒙脱石中层间的Na+、Ca2+进行离子交换来实现的[...