第四节 凹凸棒土水质净化技术研究进展
黏土因其自身独特的层状结构而表现出良好的吸附与离子交换性能，且储量丰富、价格低廉，作为吸附剂具有良好的推广应用价值，发展前景可观。许多科学工作者针对不同类型的黏土，如膨润土、硅藻土、蒙脱土、沸石、海泡石、蛭石、蛇纹石、高岭土和伊利石等，采用不同的改性方法如焙烧、酸浸、碱浸、改性剂改性、表面活性剂插层等吸附腐殖酸与氨氮，国内外已有大量的研究成果。
凹凸棒土（也称凹凸棒石黏土、坡缕石、漂白土、白土、山软木等）在矿物学上隶属海泡石族，是一种以硅酸镁为主要成分，并含有铝、铁等元素的黏土矿。俄罗斯学者萨夫钦科夫（Tsavtchenkov）1860年在乌拉尔坡缕缟斯克（Palygorsk）矿区的热液蚀变带中最早发现该矿物；1913年，菲尔斯曼（A.E.Fersman）为其命名palygorkite；法国学者拉帕朗特（J.de Lapparent）1935年在美国乔治亚州凹凸堡（Attapulgus，Georgia，USA）与法国摩尔摩（Mormoiron，France）的沉积岩中以及中国学者许冀泉1976年在中国江苏省六合县竹镇小盘山均发现了该矿。目前具有工业意义的矿床主要分布在美国、西班牙、法国、土耳其、塞内加尔、南非、澳大利亚以及中国的苏皖、四川、山东、甘肃、山西、浙江、贵州、内蒙古、湖北、河北等地。19世纪70年代以来，国内外学者对凹凸棒土矿物结晶学与矿物学、成因理论及其应用技术进行了深入研究［167］，凹凸棒土凭借其独特层状、链式结构赋予它的特殊性能，以吸附剂、黏结剂、助剂、添加剂、催化剂载体等形式被广泛应用于污水处理、油脂加工、医药、石油化工等领域，被冠以“千土之王”的称号。
凹凸棒土在水处理中具有以下优势：pH值为8～9，呈碱性；比表面积高于其他黏土矿物，用BET法测通常为146～210m2/g，晶体内部与沸石孔道尺寸大小一致，使其具有分子筛的作用；吸附脱色性较好，品位（%）越高，脱色力越强；选择性吸附能力突出，吸附能力依次为：水＞醇＞醛＞酮＞正烯＞中性脂＞芳烃＞环烷烃＞烷烃；凹凸棒土中硫酸盐、亚硝酸盐等含量均低于“粉末活性炭”，且凹凸棒石中无石棉含量，具有安全、卫生、无毒性；具有很强的灭菌、除臭、去毒、杀虫性，可用凹凸棒土接触或过滤技术处理常规方法无法去除的有害物质，诸如激素、农药、病毒、毒素和重金属离子等，解决水中残余铝问题；再生（加热或化学剂）工艺简单［168］。凭借这些优势，凹凸棒土原土及改性土（活化、有机质复合改性、无机材料复合改性、金属离子负载改性）成为国内外研究的热点，研究成果在《Water Research》、《Journal of Hazardous Material》、《Desalination》、《Clays and Clay Minerals》等国际著名杂志上占据较大比重。但以往的研究主要集中在染料废水、金属污染废水、酚类废水等方面，而对饮用水中腐殖酸、氨氮去除的文章仅10余篇，专利与科技成果0项，可见此方面研究亟须加强。
一、腐殖酸吸附研究
Wang等[169]（2011）利用凹凸棒土吸附水源水中低浓度腐殖酸；Wang等[170] （2011）制备聚苯胺/凹凸棒土纳米复合材料，对其进行表征及腐殖酸吸附性能研究；晗桢[171]（2009）利用提纯—酸热联合改性的凹凸棒土复配聚合氯化铝 （PAC），混凝去除水中腐殖酸，当PAC投加5mg/L，复配比1∶2.4时，腐殖酸去除率达92.03%，比单投12mg/LPAC的腐殖酸去除率还高近3%，助凝效果明显。
二、氨氮吸附研究
目前的研究主要集中在污废水氨氮的去除。杨慧等［172］（2011）将凹凸棒土作为微生物附着生长的填料，投至SBR生物系统中以去除氨氮能力；张秀丽等［173］（2010）以甘肃、安徽明美矿物公司的天然凹凸棒土为主要原料，从中提取纳米级的纤维状矿物成分，然后通过加入活性炭［174］（2009）或高岭土［175］（2009）等材料，经过复配、造粒、焙烧、活化等工艺加工制成均质颗粒滤料，并对普通滤池进行生物强化去除模拟地下水中的氨氮；王爱勤等［176］（2010）以凹凸棒土与丙烯酸为原料，添加引发剂与交联剂，在水溶液中经接枝共聚、交联、干燥制成网络型凹凸棒土复合吸附剂，可用于湖泊或水库中氮、磷的吸附，达到平衡后可直接用于沙漠化土壤的植被恢复；于鹄鹏等［177］（2009）将凹凸棒土与稻壳制成复合吸附剂，为其在养殖废水的控制与治理应用提供依据；王雅萍等［178］（2008）采用10 种江苏盱眙凹凸棒土进行模拟氨氮废水的脱氮试验研究，结果表明氨氮在AP-10样品（以蒙脱石为主，伴有较多石英、少量凹凸棒土）上的吸附量相当于AP-2样品（以凹凸棒土为主，伴有少量的长石及石英）吸附量的3倍，AP-10样品对畜禽废水中氨氮的去除率达75.1%，性能优于活性炭；张俊与赵跃智［179］（2007）制备复合纳米TiO2/凹凸棒土作为光催化剂，处理氨氮废水；李彦锋与杨艳［180］（2006）用硅偶联剂对凹凸棒土进行表面功能化，再用阳离子醚化剂进行阳离子化，制得改性凹凸棒土絮凝剂，其絮凝沉淀速度快、成本低、价格低廉、处理后无残留污染的特点，不但可用于污水处理中污泥絮凝脱水，还可去除污水中的
、COD等污染物。
三、合成沸石研究
凹凸棒土具有天然隧道孔结构，经碱溶液处理后可作为晶种，利于沸石的合成。目前已有专利与研究报道表明，凹凸棒土在高温（120～160℃）水热碱浸下可合成方钠石［181，182］（CN101066766A、CN101618880A）、丝光沸石［181］（CN101066766A）、4A沸石［181，182，183］（CN101066766A、CN101618880A，CN101817539A）、X型沸石［184］（CN101337681A）、P型沸石［182］（CN101618880A）；周伟［185］（2008）、赵登山［186］（2008）将凹凸棒土热碱液浸出一定时间后，添加铝源溶液再进行水热晶化，合成4A分子筛，然而得到的分子筛中杂质较多，限制了其工业应用。纯度与铁含量是矿物黏土合成4A 分子筛的两个重要影响因素，基于此，Jiang等［187，188］（2012，CN101774604A）将凹凸棒土进行煅烧、酸化；张磊等［189］（2009）将凹凸棒土以超声波法除铁增白，随后碱化、添加铝源、水热晶化合成了高纯度4A分子筛；张平萍等［190］（2010）以江苏盱眙坡缕石为原料，经提纯后分别采用直接碱溶法、模板剂法、溶胶—水热法制备方沸石晶体；姚华［191］（2009，CN101391780A）用海泡石合成Mg-NaY沸石。目前，以凹凸棒土为原料合成分子筛尚未用于氨氮的去除，开展此项研究将拓展其应用范围。