【文章內(nèi)容簡介】 有效的提高混凝土的隔水效果和防滲能力，且有效的防止有害物質(zhì)污染地下水質(zhì)。這是因為蒙脫石在膨潤土一水泥體系中改善了混凝土的結果缺陷 。其次，蒙脫石能與含有機物的溶液發(fā)生化學反應或物理反應作用，所以它能吸附有害的重金屬離子和有機物，減少環(huán)境污染。 有機污染物在土壤中的遷移能力依賴于土壤對污染物的吸附程度。在土壤填埋防滲材料中加入少量有機膨潤土，將增加防滲材料對有 機污染物的吸附能力，明顯延緩污染物穿透土地填埋防滲材料一的速度。若將有機膨潤土礦物和傳統(tǒng)的蒙脫石混合使用，其中的有機膨潤土礦物可吸附溶解的有機污染物，而高度分散的鈉型可以有效的阻止水的流動，是一種更為有效的防滲材料。 膨潤土的大面積分布使其成為良好的封閉層，當被用于灰漿層或鋪襯時，膨潤土片 (長度 )形成一個非常有效的流體屏障。此外，高吸水性和膨脹性使膨潤土占據(jù)空間，起到封閉作用。低滲透土地鋪襯廣泛用于預防滲透和氣體從垃圾中溢出。由于大部分垃圾填埋場選在低洼、底部有砂組成的地帶，開發(fā)利用砂土作為填埋場防滲襯墊具有十分重要的意義。劉長禮等 [77]用低成本的膨潤土一砂混合材料作為垃圾填埋場防滲襯墊，可滿足城市垃圾填埋對防滲襯墊性能的基本要求，而且隨著膨潤土含量的提高，襯墊的防滲能力提高。 膨潤土根據(jù)需要可繁可簡。最簡單的防滲鋪層就是將膨潤土粘在塑料簿膜上。如果需要，在其上部加上不透水的鋪襯。技術上更為先進的鋪襯把膨潤土夾在兩層聚合物中間，再把兩個塑性層連接起來，既抗剪切力又抗張力，還能有效的控制膨潤土的膨脹系數(shù)。鈉基土的不透水半封閉屬性完全適用于把地下水與廢物隔離開來。劉陽生等 [78]在膨潤土中加入膠粘劑，改善了膨潤土的滲透性和力學性能，開發(fā)出了一種膨潤土防滲卷材。它是一種理想的安全填埋場的襯層材料，可以解決人造有機防滲材料費用高、施工復雜、易穿刺等缺點。 歐美國家自 20 世紀 70 年代以來，在地下水污染修復方面取得了很大的進展，且逐漸發(fā)展成為較為系統(tǒng)的地下水污染治理技術。利用土壤和儲水層物質(zhì)中含有的膨潤土，在現(xiàn)場注入季錢鹽陽離子表面活性劑，使其形成有機膨潤土礦物，用來截住和固定有機污染物，控制有機污染物在地下水中的遷移，防止地下水進一步污染，并配合生物降解和其他手段，永久的 消除地下水污染。目前，國外研究人員正致力于這項“現(xiàn)場’，綜合修復技術的應用研究 [79]。 3)放射性廢物的處理與處置 近幾十年以來，隨著科學技術的發(fā)展，放射性物質(zhì)被廣泛應用。但對放射性污染物的治理不同于其他污染物的治理，處置較難。當前只是利用放射性自然衰變的特性，在較長時間內(nèi)將其封閉，使放射強度逐漸減弱的方法，消除放射污染。膨潤土和硅藻土可用作核吸附劑。放射性核素在膨潤土和硅藻土上的吸附有效地阻止了其在廢物處理時的遷移。理解核素早膨潤土和硅藻土中的吸附和擴散非常重要。 Taclli 等 [80]發(fā)現(xiàn) Ra 在膨潤土上的分配系數(shù)在 102104mL/g 范圍內(nèi)。 Ra在純蒙脫石上的吸附主要為離子交換吸附。 pH 較高時，表面絡合可以提高吸附量。 本課題研究的提出及其意義 隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人民生活水平得到了不斷的提高，人們對環(huán)境的要求也不斷提高，但是隨著人口的增長和工業(yè)化進程的加快，勢必造成日益嚴重的環(huán)境污染。含鈾廢水帶來的環(huán)境污染是復雜的、困難性的環(huán)境問題，影響因素很多而復雜且目前對含鈾廢水的處理還沒有特別經(jīng)濟有效的方法。硅藻土和膨潤土具有較強的吸附能力，功能可與活性炭相媲美。而且我國有豐富的硅藻土和膨潤土資源，全國有己有 14 省 (自治區(qū) )發(fā)現(xiàn)硅藻土 70 余處，探明儲量 .32 億噸，遠景儲量 20 億噸。全國 26 個省市 (自治區(qū) )有和膨潤土礦床 (點 )，資源量達 75 億噸以上，而且 我國膨潤土礦產(chǎn)質(zhì)優(yōu)量大，種類齊全。本課題旨在通過研究膨潤土對廢水中鈾的吸附，尋找經(jīng)濟合理、環(huán)境友好的新型含鈾廢水處理劑，來解決我國鈾礦冶領域核環(huán)境污染問題。因此，此研究具有一定的科學意義和一定的應用推廣價值，對我國目前核環(huán)境治理和相關地域地下水放射性污染修復、評價、預測和控制有一定的指導和參考意義。 本課題研究的內(nèi)容 研究了天然硅藻土、膨潤土以及熱改性硅藻土和膨潤土處理含鈾廢水的性能，具體內(nèi)容包括 : (1)研究鈉基膨潤土吸附水中鈾時的影響因素 (吸附劑用量、吸附時間、初始 pH、鈾初始濃度 )，考察鈾去除率 和吸附量與以上影響因素的關系 。 (2)研究改性膨潤土吸附水中鈾時的影響因素 (吸附劑用量、吸附時間、初始 pH、鈾初始濃度 )，考察鈾去除率和吸附量與以上影響因素的關系 。 (3)比較鈉基膨潤土和改性膨潤土吸附劑的吸附效果 。 (4)研究鈉基膨潤土、改性膨潤土對水中鈾的吸附動力學模型 。 (5)研究鈉基膨潤土、改性膨潤土對水中鈾的吸附等溫式 。 (6)初步探討鈉基膨潤土、改性膨潤土、對水中鈾的吸附機理和規(guī)律， 第 2 章實驗部分 實驗材料和試劑 實驗所用膨潤土原土購于河南信陽，膨潤土的主要成分如表 21 所示 : 化學主要成分 SiO2 Al2O3 MgO CaO K2O Fe2O3 Na2O P2O5 MnO TiO2 含量（ %） 表 21 膨潤土樣品的主要化學成分 膨潤土的制備 :將過 200 目篩后的膨潤土放入烘箱內(nèi)，在 105℃下干燥 2h 后，冷卻，密閉存放以備用。 CTAB、 HA 改性膨潤土的制備 實驗儀器與試劑 馬弗爐 KSWS12型 沈陽市節(jié)能電爐廠 精密酸度計 pHS3C型 上海 虹益儀器儀表 有限公司 電子天平 BS 124 S型 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司 電熱恒溫干燥箱 2022型 通州市大華儀器儀表廠 分光光度計 VIS7200型 上海天美科學儀器有限公司 超聲波清洗器 KQ3200E型 昆山市超聲波儀器有限公司 離心機 800B型 上海安亭科學儀器廠 馬弗爐 KSWS12型 沈陽市節(jié)能電爐廠 精密酸度計 pHS3C型 上海 虹益儀器儀表 有限公司 電子天平 BS 124 S型 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司 電熱恒溫干燥箱 2022型 通州市大華儀器儀表廠 主要試劑 容器類玻璃儀器 :燒杯、窄口試劑瓶、錐形燒瓶、試管 量器類玻璃儀器 :酸 /堿式滴定管、不完全流出式分度吸管、單標線移液管、單標線容量瓶 鈾標準溶液的制備 準確稱取 八氧化三鈾基準，置于 100ml 燒杯中。加 10ml 濃鹽酸，兩滴硝酸，蓋上表面皿，電熱套上加熱至完全溶解，取下，稍冷，轉入 250ml容量瓶中，加水稀釋至刻度，搖勻，此溶液 lml 含 l0mg 鈾。 準確移取 50ml 鈾標準溶液，置于 5OOml 容量瓶中，加 lml 鹽酸，用水稀釋至刻度，搖勻。此溶液濃度 lml 含 1mg 鈾。 實驗所用的不同濃度的鈾溶液，由上述標準溶液加蒸餾水配制。 鈾的測定方法及標準曲線的繪制 水中鈾濃度的測定方法偶氮砷Ⅲ分光光度法。 分別取如下含鈾量溶液轉入 25ml 的容量瓶中，加入蒸餾水至體積為 10ml 左右，加入 2 滴 2,4二甲基苯酚并加入 1:8 氨水使得溶液呈黃色，用 1mol/L 的硝酸調(diào)回分光光度計 VIS7200型 上海天美科學儀器有限公司 超聲波清洗器 KQ3200E型 昆山市超聲波儀器有限公司 離心機 800B型 上海安亭科學儀器廠 高速離心機 TG16— WS型 湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司 恒溫水浴鍋 HH— 60（ 0）型 蘇州威爾實驗用品有限公司 恒溫 震蕩器 SHA— C型 江蘇省金壇市漢康電子有限公司 磁力攪拌恒溫槽 HXC— 500— 6A型 北京慧誠佳儀科技有限公司 循環(huán)水式真空泵 SH2— D（Ⅲ） 型 鞏義市予華儀器有限責任公司 電動 攪拌機 JJ1型 江蘇金壇市億通電子有限公司 腐植酸 分析純 上海 巨楓化學科技有限公司 十六烷基三甲基溴化銨 分析純 國藥集團化學試劑有限公司 硝酸釷 分析純 上海晶純試劑有限公司 皂土 化學純 河南信陽化學試劑廠 鈾 分析純 中核金安鈾業(yè) 鹽酸 分析純 南昌鑫光精細化工廠 偶氮胂 Ⅲ 分析純 中國華東師范大學化工廠 氫氧化鈉 分析純 西隴化工股份有限公司 硝 酸 分析純 西隴化工股份有限公司 氨水 分析純 國藥集團化學試劑有限公司 至無色，加入 2ml 氯乙酸 乙酸鈉緩沖溶液（ PH=4），加入 2ml %偶氮砷Ⅲ溶液，用蒸餾水定容顯色 15min 后以試劑空白做對比液測吸光度。 濃度 C(181。g) 10 20 40 50 60 80 吸光度 A CTAB 柱撐粘土的制備及性能測試 皂土的有機改性一般步驟如下： ①稱量一定量的皂土，根據(jù)皂土的陽離子交換容量計算陽離子表面活性十六烷基三甲基溴化銨（ CTAB）的用量。 ②把皂土與 CTAB 用蒸餾水分散后倒入 250ml 容量瓶中，放到恒溫磁力攪拌器上 80℃攪拌 24h，抽濾，并用 80℃蒸餾水洗至洗滌水中不含溴離子。 ③在烘箱中 80℃烘干，研磨成粉末，過 100 目篩。 表 51 CTAB 與皂土中陽離子 R＋ 的 mol 比 Table 21 The mol ratio of CTAB and R＋ Sample No. 1 2 3 4 5 6 CTAB:R＋ 1:1 :1 :1 :01 :1 :1 改性土的層間結構 皂土和改性皂土層間結構變化用 SAXRD 表征，衍射圖譜如圖 21 所示，其中a 為原皂土， b 為 Na 化改型后的皂土，由測試結果可以得到原皂土的層間距0 2 4 6 8 10 12 14 161 0 0 00100020213000400050006000700080003 . 8 21 . 9 63 . 8 42 . 0 43 . 8 92 . 1 14 . 0 92 . 0 12 . 1 12 . 5 51 . 2 11 . 5 3654231baCPSD e g 圖 21 小角 X 射線衍射圖 Fig. 21 smallangle Xray diffraction patterns 為 ，為 Ca 型皂土，鈉化改型后層間距變?yōu)?，為典型的鈉型土。有機柱撐后的粘土，隨著 CTAB:R＋ 的不同，其層間距在 ～ 之間變化， CTAB 量較少的 1 號和 2 號樣品都只有一個主峰，層間距都在 2nm 左右，但是隨著 CTAB 量的增多， 3 號、 4 號、 5 號和 6 號樣品，衍射峰都有 2 個，分別在2nm 左右和 左右，其中 3 號樣品達到最大層間距 。這表明陽離子表面活性劑 CTAB 交換陽離子進入粘土層 間后，其排列的方式是多樣化的，添加CTAB 量的多少直接影響到其在粘土層間的排列方式。 CTAB 陽離子 33)(CHNR ?? 的理想結構模型為 3 個甲基和 1 個十六烷基分別取代 NH4＋ 上的 4 個氫而形成，其結構如圖 52 所示。烷基鏈相當于一個橢圓柱體，其截面長徑為 ，短徑為 ，含氮和三個甲基的一端長徑為 ，短徑為 ，完全伸直時長度為 左右。當 CTAB 的頭部銨離子通過離子交換作用進入粘土片層之間時，烷基鏈也隨之進入同一納米級空間。當粘土 片層之間的 CTAB 濃度較低，烷基鏈往往采取與粘土片層表面平行的方向分布，而隨著插層劑濃度的增加，粘土片層之間的烷基鏈將由單層逐漸向雙層過渡，并逐漸采取與粘土片層表面有一定角度的方向分布。小角 X 射線分析得到 1 號樣品的層間距為 ，去掉無機層的厚度 ，則有機層的厚度為 ，這個值大于烷基鏈橫向平鋪的最大值 ，但小于完全豎直的值 ，所以可以認為烷基鏈在粘土層間的排列方式為傾斜單層，如圖 23（ a）所示，由于烷基鏈完全豎直的高度為 ，根據(jù)傾斜角的定義，由式 ?? ，可計算得到傾斜角 ? 為 176。 樣品 2 和樣品 1 一樣，也是傾斜單層結構，傾斜角為 176。 圖 22 33)(CHNR ?? 結構模型 The structure model of 33)(CHNR ?? 樣品 樣品 樣品 樣品 6 類似地，都出現(xiàn)兩個衍射峰，這說明有兩種結構共存。樣品 3 層間距為 對應的是傾斜單層結構，傾斜角為 176。，同時，這個層間距對應的有機層厚度為 ，與平鋪的雙層結構得到的 比較吻合，但是由于離子間較強的斥力作用，這種平鋪雙層結構較難發(fā)生，用鏈鎖嵌合結構模式解釋，形成了假三層，如圖 23（ b）所示，穩(wěn)定的假三層層間距為 ，與我們測得的樣品 3 有機層 比較吻合。另外一個峰對應的層間距為 ，大于單層完全豎直的最大值，推測為傾斜雙層結構，如圖 23（ c）所示，計算得出傾斜角為 176。同樣，樣品 4 層間距 對應的是單 (a) （ b） （ c） 圖 23