水铝钙石类阴离子黏土在水污染处理领域应用的研究现状

水铝钙石(Hydrocalumite)是一种阴离子黏土,又称"弗里德尔盐"(Friedel’s Salt),属于层状双金属氢氧化物(LDHs),可通过多种低成本方法人工合成.水铝钙石的层间阴离子具有可交换性,且在一定温度范围内焙烧时所获产物在水溶液中具有层状结构可恢复性,因此在水污染和固体废物处理领域有很大应用价值,已被用于水中B(OH)4-、SeO24-、CrO24-、MoO24-、Zn2+等无机组分和十二烷基硫酸钠(SDS)、烷基苯磺酸钠(SDBS)、甲基橙(MO)、酸性大红(GR)等有机组分的去除实验研究,以及粉煤灰等典型固体废物在填埋前的预处理研究.水铝钙石类阴离子黏土对水中有害组分的去除效果受到离子种类和性质、溶液pH、去除产物溶度积常数等多种因素的影响,所涉及去除机理包括离子交换、溶解-沉淀、表面吸附等.当前利用水铝钙石去除水污染的研究基本局限于实验室研究阶段,并在严格控制的实验条件下进行,因而今后应加强其处理实际受污染水体和原生劣质水的实验研究,并尝试作为填充材料在可渗透性反应墙(PRB)等水污染原位处理装置中加以应用.     

水化氯铝酸钙对土壤铬的钝化修复及风险评估

本研究采集我国棕壤、红壤、黄壤、黑土和褐土5种典型土壤，制备成Cr （VI）浓度为80mg/kg的污染样品，首次应用极具潜力的层状双金属氢氧化物——水化氯铝酸钙对其进行钝化修复，并从土壤特定基本理化性质以及Cr的赋存形态、生态风险以及健康风险等方面对修复效果进行综合评价，对相关机理进行深入探讨，对使用成本进行简析.结果表明，水化氯铝酸钙可显著增加土壤pH值，并有效降低土壤Cr的活跃性、生态风险和健康风险；土壤Cr的活跃性降幅为59.09%~79.22%，生态风险降幅为14.17%~57.66%，在胃阶段和小肠阶段的健康风险（致癌风险）降幅分别为13.04%~63.04%和22.73%~56.60%.土壤Cr的赋存形态中，除了活跃态以外，修复前后均有部分不活跃态具有生态风险或健康风险.水化氯铝酸钙除了可将活跃态Cr转化到不活跃的沉淀态中，部分或完全地降低其生态风险或健康风险外，还能在一定程度上控制某些土壤中其余不活跃态Cr在毒性浸出实验或in vitro试验中的溶出.在相对最优使用量（m_Cr：m_{水化氯铝酸钙}=1：20）条件下，水化氯铝酸钙钝化修复1m³的Cr （VI）含量为80mg/kg的实际污染建设用地土壤，其试剂成本约为6.4元.作为新型Cr污染土壤钝化修复剂，水化氯铝酸钙有望为我国土壤环境质量和人群健康质量的改善做出贡献.     

富含钙/铝的污泥生物炭复合材料对水溶液中磷酸盐的吸附机制

剩余污泥富含有机物,同时也含有重金属和病原体等有害物质.以水铝钙石和剩余污泥为原料,通过共混凝和共热解技术制备生物炭以降低污泥中重金属溶出风险,并对其磷酸盐吸附性能开展研究.结果表明,污泥生物炭中的Zn、Cu、Cd和Ni浸出量随水铝钙石投加量的增加而减少.水铝钙石与剩余污泥质量比为1∶1时,共热解制备得到的富含钙/铝污泥生物炭复合材料(1∶1HB800)重金属浸出风险最低,并对磷酸盐表现出较高的吸附能力,其过程可用Langmuir吸附等温线(R²=0.93)拟合,在25℃条件下对磷的最大吸附容量为51.38 mg·g^-1.1∶1HB800对高浓度磷的吸附过程符合拟二阶动力学模型,吸附速率由表面吸附和颗粒内扩散共同控制.相较于中性溶液,1∶1HB800对酸性和碱性水溶液中的磷酸盐具有更好的去除效果,这与1∶1HB800中钙/铝在不同pH条件下的浸出量及铝元素的存在形式有关.FTIR、XRD、SEM、零点电位和钙/铝离子的浸出实验分析结果表明,1∶1HB800对磷的吸附机制主要是共沉淀(Ca²⁺/Al³⁺     

水铝钙石对不同镉污染农田重金属的钝化效果及机制

水铝钙石(Ca-Al-LDHs)是一种新型的层状复合金属氢氧化物,具有较大的比表面积、良好的阴离子交换性能和高稳定性的优点.本研究选择高Cd污染农田、中Cd污染农田和低Cd污染农田3种不同Cd污染水平的自然农田土壤作为研究对象.通过室内钝化实验,探讨水铝钙石对3种Cd污染农田土壤Cd、Pb、Zn有效态的变化规律以及形态转换的影响,进一步采用X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)初步探讨其钝化机制.结果表明,在高中低这3种Cd污染土壤中,水铝钙石均能够增加土壤pH,降低Cd、Pb和Zn的有效态含量,其中Cd有效态含量最大降幅分别为97. 7%、96. 3%和91. 8%.水铝钙石促使高Cd污染土壤中Cd、Pb和Zn的可交换态转化成活性低的碳酸盐结合态、铁锰氧化态和残渣态,高Cd污染土壤的钝化效果优于中低污染土壤.水铝钙石的吸附作用、层间离子交换作用以及表面羟基和羧基等活性官能团的配位反应,在很大程度上降低了土壤重金属的生物有效性.因此,水铝钙石可有效应用于Cd、Pb、Zn等重金属污染农田的钝化修复.