Page 66 - 《精细化工》2020年第7期

·1348· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

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是地质聚合物处理重金属离子不可忽视的关键因素。 地质聚合物，吸附溶液中的 Cs 和 Pb 。如图 7 所
LEE 等 [29] 探究 Si/Al 物质的量比对粉煤灰地质 示，随着 Si/Al 物质的量比的增加，地质聚合物的表
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聚合物固定溶液中 Pb 的影响，在 n(Si)/n(Al)=2.0 面由松散多孔逐渐转变为光滑致密。Si 的增加导致
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时，99%的 Pb 以氧化态和残渣态存在于地质聚合 体系中溶出的 SiO 2 增加，Si—O—Si 键增加，地质聚
物中，而 n(Si)/n(Al)=5.0 时，地质聚合物中甚至观 合物的间隙尺寸逐渐减小，比表面积也逐渐减小。
察不到固封重金属离子的类沸石结构。由于 Si/Al n(Si)/n(Al)＞4 时，地质聚合物孔隙率降低，重金属离
物质的量比的减小，即 Al 的增加会导致地质聚合物 子吸附率也降低。但高 n(Si)/n(Al)时紧密的地质聚合
体系中带负电荷的[AlO 4 ]四面体增加，通过电荷平 物结构有助于物理包覆作用对重金属离子的固定。
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衡作用使更多的 Pb 固定在地质聚合物中。 故对于地质聚合物处理重金属离子需要考虑物理及化
LÓPEZ 等 [30] 以 SiO 2 和偏高岭土为原料制备了 学作用寻找最适 n(Si)/n(Al)。

n(Si)/n(Al): a—1；b—2；c—3；d—4；e—5
图 7 不同 Si/Al 物质的量比的偏高岭土地质聚合物 SEM 图 [30]
Fig. 7 SEM images of the metakaolin based geopolymers with different Si/Al molar ratios [30]

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4.2 硅铝酸盐用量 Cu 和 Pb 的研究结果显示，将重金属离子掺量从
ONUTAI 等 [31] 用粉煤灰地质聚合物吸附溶液中 0.1%提高到 0.3%，导致地质聚合物的固化能力迅速
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Cd 的结果表明，硅铝酸盐用量从 0.02 g 增加到 0.14 g 降低，Cu 的浸出率由 1%上升至 9%，Pb 的浸出
时，吸附效率从 33.51%增加到 84.40%。廖希雯等 [32] 率由 3%上升至 8%。LI 等 [35] 进行的粉煤灰地质聚合
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用偏高岭土地质聚合物固化 Pb 、As 、Cd 复合 物对铅锌渣的固化研究得到相同的结果。随着铅锌
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污染土壤，固化效率均随地质聚合物用量的增加而 渣添加量的增加，Zn 和 Pb 的浸出值都不断上升。
增加，偏高岭土与固体总质量的百分数为 50%以上 所以，地质聚合物虽然具有固定重金属的能力，但
时，重金属的固化效率都保持在 96%以上，低于 50% 并不是无限制的。
时固化效率显著降低。 处理效率随金属离子初始浓度的增加而降低可
随着硅铝酸盐用量的增加固化效率提高，一方 归因于：（1）随着重金属离子初始浓度的增加，地
面是因为更多的硅铝酸盐释放出更多的 Al、Si 形成 质聚合物上的吸附位点和空腔结构不足以吸附和包
新的玻璃相，与重金属充分结合并封装成不溶的形 覆重金属离子，且活性位点的填充导致材料的表面
式 [33] ，并且能形成更大的地质聚合物网络结构，比 能降低 [31] 。（2）地质聚合物中吸附的重金属离子与
表面积增大，吸附位点增加；另一方面，随着硅铝 游离重金属离子相互作用的增加，迫使金属离子从
酸盐用量的增加，固化体系的抗压强度提升，对重 吸附的表面释放。因此，重金属离子在较高浓度下，
金属的物理包覆效果亦有提升。因此，原材料用量 大部分保留在溶液中而未被吸附 [36] 。
是影响地质聚合物对重金属离子处理效果的重要因 4.3.2 重金属离子半径
素之一。 EL-ESWED 等 [37] 用偏高岭土地质聚合物固定
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4.3 重金属离子 溶液中的 Pb 、Cd 、Cu 、Th 和 U ，离子半径
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4.3.1 重金属离子掺量 大小排序为 Pb > Cd ≈Th >Cu ≈U ，浸出率基
ZHANG 等 [34] 用粉煤灰地质聚合物固定溶液中 本随离子半径的减小而增大。 ANDREJKOVIČOVÁ