硅藻土的应用和发展

樊新硕等

摘要：阐述分析了硅藻土的特性，介绍硅藻土在实际水处理等方面的研究与应用情况。结合相关研究与工程应用情况，分析了硅藻土在水处理应用中针对不同污染物的处理状况和存在的问题，并对发展趋势进行了展望。

关键词：硅藻土；水处理；吸附

近年来，随着工业化、城市化、农业现代化进程的加快，水污染情况不容乐观，且严重威胁到居民的生活健康。由于硅藻土是一种很好的吸附材料，且我国广泛存在[1]，所以在水处理方面硅藻土被广泛应用。本文综述了硅藻土在不同性质污水方面的应用。

1.硅藻土的性质

硅藻土源自古代低等单细胞植物硅藻[2]。硅藻土是一种硅质岩石，主要分布在中国、美国、丹麦、法国、罗马尼亚等国。是一种生物成因的硅质沉积岩，它主要由古代硅藻的遗骸所组成。

硅藻土呈弱酸性，可以和碱发生反应，是一种固态酸。硅藻土表面的多孔性致使其呈现明显表面吸附性[1-2]。硅藻土表面还存在有大量的硅羟基及氢键[2]，这些硅羟基及氢键同时存在于硅藻土众多的微孔之中，这也是其拥有吸附性能的重要原因。

2.硅藻土的应用

2.1硅藻土除重金属

通过研究硅藻土吸附 Pb2 +、Cd2 +的影响因素，发现硅藻土离子初始浓度、溶液 pH值、投加量和吸附时间均对硅藻土吸附Pb2 +、Cd2+ 有着重要的影响[3]。随着离子初始浓度的提高，投加量的减少，H值的增大，吸附时间的增长，硅藻土对Pb2 +、Cd2 + 吸附量不断上升。

硅藻土能充分将土壤中交换态的铅转化为残渣态，施加硅藻土不会对有机质和土壤 pH值等理化性质造成大的影响；硅藻土对Pb2+的吸附过程控制步骤是孔道内的化学反应；硅藻土对 Pb2+的吸附动力学属性符合伪2级动力学模型，等温吸附符合 Langmuir模型，最大吸附量qm为 10.428 mg/g[4]。硅藻土可以固定土壤中的铅，并降低其生物有效性，因此硅藻土可有效改良铅污染的土壤。

作为一种良好的天然吸附材料，硅藻土已被广泛应用于环境污染治理与修复中，但由于自身理化结构上有很大的缺陷，极大地限制了其吸附性能的发挥，因此需要对其进行改性[3-4]。对硅藻土吸附重金属离子的机制研究，成为硅藻土改性的理论依据和技术来源。

2.2改性硅藻土除氮磷

硅藻土 （Diatomite）的主要成分为SiO2，是一种生物成因的硅质沉积岩，具大比表面积、多孔及化学稳定等特性[2]。工业上应用较广，但很少应用于自然状态下富营养化水体的吸附除磷及底泥改性的研究。目前在国内外的相关研究中，将硅藻土与其它具有特殊吸附性能的矿物进行有机配合，利用协同作用原理，研制出新的硅藻土复合吸附剂，或者通过硅藻土改性研究（如采用微波处理，焙烧处理，酸处理等），能在一定程度上提高硅藻土处理废水效果，同时扩大了硅藻土的应用范围[5]。

以硅藻土原土为原料，通过碱洗及浸渍负载羟基氧化铁对其进行改性，利用 SEM、XRD及物理吸附仪对改性硅藻土的形貌、比表面积等进行表征，并研究了改性硅藻土对富营养化水体中磷的吸附性能[6-7]。彭进平等[6]认为 （1）改性后，硅藻土杂质元素减少，孔径明显增大，比表面积增大23倍，并有效负载了β-FeO（OH）；（2）其对磷的吸附受温度及 pH 值的影响，温度越高，达到吸附平衡时间越短，吸附容量也越大；在 pH 值为 4～11 之间，吸附容量随 pH 的增大而减小；（3）改性硅藻土对磷的吸附的拟二级反应动力学方程能准确地描述这一吸附过程（4）改性硅藻土在富营养化水体中对磷的吸附行为，符合Freundlich 等温线方程，其吸附过程为物理吸附，该吸附过程是自发的吸热物理过程，各温度下的自由能变 （ΔG）均小于零，熵变 （ΔS）均为正值，吸附过程焓变 （ΔH）为 39.949kJ/mol。

段宁等[7]认为氨氮在硅藻土复合吸附剂上吸附热力学分析表明，复合吸附剂吸附氨氮反应的焓变△Ho > 0，表明该吸附反应为吸热过程；吉布斯自由能变△Go < 0，表明该反应是自发进行的；表观活化能 Ea 接近 40 kJ /mol，表明复合吸附剂对氨氮的吸附过程同时存在物理吸附和化学吸附，其中物理吸附占主导作用；

2.3 改性硅藻对有机燃料的吸附

应用普通的化学或生物处理方法很难去除染料废水，而吸附工艺在染料废水处理方面的应用具有很强的优势，日前受到人们广泛的关注。新型吸附剂也逐步开始广泛应用到印染废水处理中，而硅藻土成为目前使用最为广泛的吸附剂。

以天然硅藻土分别负载十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）、四甲基溴化铵（TMAB）和壳聚糖，制得一系列改性硅藻土，研究了改性硅藻土吸附水中的阴离子染料（活性红 120）、阳离子染料（亚甲基蓝）、酸性染料（玫瑰红 B）的适宜条件及吸附机理.结果表明，天然硅藻土对亚甲基蓝、四甲基溴化铵改性硅藻土对玫瑰红 B 和壳聚糖改性硅藻土对活性红 120 的饱和吸附量分别为 51.15、49.56、56.64 mg/L[8]，效果良好，可被直接利用.延长吸附时间、增大吸附剂用量、控制溶液的 pH 值（< 6）能提高改性硅藻土吸附剂的吸附效果；3 种染料在各自吸附剂上的平衡吸附量 Qe与平衡浓度 Ce之间的关系均符合 Freundlich 等温吸附方程，表明改性硅藻土吸附染料以分配作用、弱的溶质吸收为主.改性剂的引入可以改变硅藻土的表面电性，从而对不同类型染料的吸附能力产生不同影响.

3.结语

我国拥有丰富的硅藻土资源，便宜，又因为其优良的吸附特性，使得硅藻土在水处理中有很好的利用。虽然我国硅藻土量多但质量较差，需要进行改性，以提高硅藻土的吸附效果。为了达到高效再利用的目的，应对硅藻土的再生方法及条件进行研究。另外，硅藻土可以与生物工艺相结合，形成有效地组合处理工艺。（作者单位：西安建筑科技大学）

参考文献：

[1]王冠鹏，张 颜.硅藻土的特性及在水处理中的应用分析[J].辽宁化工，2011，40（12）：1004-093.

[2]朱 健，王 平，雷明婧，张伟丽.硅藻土理化特性及改性研究进展[J].中南林业科技大学学报，2012，32（12）：1673-923X.

[3]朱 健，王 平，雷明婧，张烨，张伟丽.液 /固体系中硅藻土对 Pb2 +和Cd2 + 的吸附机制[J].环境工程学报，2012，6（11）：1673-91.

[4]朱 健，王 平，李科林，雷明婧，罗文连.硅藻土对污染土壤中铅的固定效果及机制的研究[J].中国农学通报，2012，28（14）：240-245

[5]鲁光辉，郑水林，王鹏宇.硅藻土在废水中的应用及研究现状[J].中国非金属矿工业导刊，2012，96（3）：39-43.

[6]彭进平，郭建维，崔亦华.改性硅藻土对富营养化水体中磷的吸附行为[J].离子交换与吸附，2012，28（1）：35 ～ 45.

[7]段 宁，张银凤，明 谦.硅藻土复合吸附剂对水中氨氮的吸附性能研究[J].硅 酸盐通报，2014，33（2）：56-61.

[8]矫 娜，王东升，段晋明，徐绪筝.改性硅藻土对三种有机染料的吸附作用研究[J].环境科学学报，2012，32（6）：1364-1369.