膨润土--天然纳米材料在环保和荒漠化治理中的应用

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　　摘要：本文概略介绍了天然纳米材料—膨润土在国内外环境保护和荒漠化治理中的应用概况及前景。
　　关键词：膨润土；纳米防水材料；废水废气治理；荒漠化治理
　　一般把分子粒径小于等于1～100nm(即10－9～10－7m)的材料称为纳米材料。膨润土的矿物学名称是蒙脱石，其分子粒径为10－11～10－9m，是纳米级的，是亿万年前天然形成的。国外把膨润土称为天然纳米材料、万用粘土。膨润土的这种万种用途取决于其矿物特性。一般膨润土都具有良好的粘结性、膨胀性、胶体分散性、悬浮性、吸附性、催化活性、触变性和阳离子交换性等。
　　膨润土的膨胀力特强，其原因是膨润土具有物理化学性强、结合水的能力强等特性。通常在与水接触24h开始水化，膨胀4～5倍，48h水化完成，变成原来颗粒体积的10～15倍甚至30倍的凝胶体。其渗透率可减至10－11cm/s。
　　我国的膨润土资源极为丰富，遍布26个省市，储量世界第一，但开发应用的极少。我国的膨润土品质优良，性能与美国怀俄明州的一样，我国新疆的膨润土有的性能优于美国。膨润土除可用作防水材料外，还可用于沙漠化治理、污水处理、生物给养、食品、药品、纺织、轻工、石油、冶金等各行业。用中国膨润土制成的纳米防水毯、板及附属产品已通过建设部科技发展促进中心组织的专家技术鉴定，产品可供国内外广泛应用。
　　一、膨润土在环境保护中的应用
　　环境保护是当今生态环境首要课题。天然纳米材料——膨润土在环保中应用在国外已相当广泛。膨润土可作为有害物质吸附剂，浑浊水的澄清剂，放射性废料和有毒物料的密封剂，被污染水的防水剂、污水处理剂、洗涤助剂等，但我国开发研究应用的较少。
　　1.在废料处理方面的应用
　　(1)用天然钠基膨润土做垃圾填埋场的防渗层国外用膨润土毯(板)、粉做垃圾填埋场防渗层的很多，尤其是德国、韩国、日本，美国用的更多，我国也已开始使用。因膨润土具有高度的水密实性和自我修补、复原功能，在理论上是接近完美的防渗材料。2002年世界足球杯的赛场就在一个特大的垃圾填埋场上建成，其上下四周全部用膨润土毯做防渗层。而韩国15年前所建的填埋场所用防渗材料与我国以前建的填埋场一样，防渗材料的耐久性差，有的严重污染地下水。要修复这些防渗层，杜绝渗漏，需花原造价5倍的代价。
　　(2)用膨润土进行核废料处理和消毒防护国内外都有将核电站等放射性废料用膨润土稠浆包裹后装入容器深埋地下的做法，效果较好；国外用膨润土制备毒剂防护的消毒急救包，有广泛的用途。
　　2.在废水废油处理中的应用
　　(1)膨润土在处理煤气洗涤废水中的应用用膨润土处理印染废水、煤气洗涤废水、味精厂等废水、废物,去除率达99.5％。有的处理废水后再把回收物做成饲料添加剂。
　　(2)用膨润土作动物垫圈料处理废水、臭气膨润土能使动物粪便容易分散、清理。国内大城市的需求量也有提高。由于圈养动物场和屠宰场、水产加工场产生的污水、臭气对环境有害，可在这些场所撒膨润土，回收高效肥料，有一举两得之效。
　　(3)用膨润土处理、吸附废油用膨润土处理快餐的煎炸废油、油污十分有效。膨润土是很好的吸附剂，用膨润土吸附电力行业绝缘油在国外很盛行；海上油船泄漏的油浮在海面上，国外是在其上撒吸附剂后结块清除。
　　(4)用膨润土做洗涤用品用膨润土洗涤羊毛等在古罗马、古埃及公元前3000年已开始，现代洗涤剂掺入一定量的膨润土，可增加其洗洁力度。
　　3.在废气处理中的应用
　　(1)用膨润土处理有害气体国外用膨润土制成汽车排气管、过滤器，主要是充分利用膨润土的吸附性。
　　(2)用膨润土制作卷烟复合过滤剂用膨润土代替活性炭可降低卷烟中含有的焦油、自由基、尼古丁等对人体的危害。
　　4.膨润土在软水剂、澄清剂中的应用
　　(1)在水库上游撒膨润土可使水库不洁物质絮凝沉入库底经生物净化加以处理，同时也可使水库漏水得到根治。因为膨润土能修复库底裂缝。
　　(2)膨润土可使果汁、糖汁澄清。
　　(3)膨润土可使硬水软化。
　　5.膨润土做防渗材料可抵御海水对淡水、土地的盐化侵害
　　二、膨润土在沙漠化治理中的应用
　　沙漠化土地在我国30个省区市的851个县旗均有分布，这些荒漠化土的颗粒较粗，一般呈细砂、粉砂状，无粘性，渗水性强。而膨润土的颗粒极细，有较强的膨胀性、粘性，两者混合拌匀，即可变成能保水的种植土。膨润土含有许多有利于动、植物生长的成分，可以为动、植物提供多种营养。
　　1.中国膨润土的分布和几个大沙漠邻近，有利于治理荒漠化
　　从中国地图和中国膨润土分布图上可以清楚地看出：内蒙古的浑善达克沙地，就在北京的正北边，离盛产膨润土的兴和、张家口、赤峰都不太远；毛乌素沙地、库布齐沙漠、乌兰布和沙漠、腾格里沙漠、巴丹吉林沙漠等附近也有膨润土矿床。新疆的库母塔格沙漠、古尔班通古特沙漠、塔克拉玛干沙漠边上均有优质膨润土矿床。中国目前勘探出的最大膨润土矿储量50亿吨，品质比美国的优良，离古尔班通古特沙漠较近。托克逊、柯尔碱有优质膨润土矿床，离塔克拉玛干沙漠也不远。甘肃金昌也有膨润土矿床，离腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠都很近。
　　2.在沙漠下的暗河、水库对治沙很有利
　　膨润土是很好的防水材料，在表层沙下铺一层膨润土(一薄层)即可储水。用膨润土做防水层也可以建大量的储水塘、池、库、渠，再将沙漠下暗河、水库里的水抽上来，储住，慢慢用。最近地质部门在塔里木大沙漠的北部勘察出储水量很大的地下水库，可用膨润土与当地土混合建输水渠，将水引向四面八方。
　　3.膨润土具有有利于沙漠化治理的特性
　　膨润土的抗渗性和抗冻性好；压缩性和固结性好；对沙土的稳定性好；膨润土的密实性、自保水性、永久性抵消了沙化土的种种缺陷；能增加沙土的粘性和保水能力；用膨润土作动物饲料添加剂可提高牛、羊产奶量、鸡的产蛋量、营养成分等，有利于动物圈养。
　　4.用膨润土能快速修建储水池、储水窖、输水渠
　　用膨润土防渗层铺河道，可把有限的水引向远方。膨润土防水层可用天然钠基膨润土粉直接铺，也可以用膨润土与当地土搅拌夯实，也可以将膨润土夹在两层织物之间形成防水(渗)毯(板)，快速修建起储水池、储水窑、输水渠。
　　5.用膨润土将荒漠土变成节水、节肥的植被土
　　沙漠里移动的沙中，没有粘粒，粉沙也很少，主要是中、细沙，蓄不了水，可供植物生长的营养成分也很少，治理、绿化、恢复生态平衡很困难。沙漠化土壤的粒径大约在0.01～0.1mm的居多，很松散，易透水。而膨润土的粒径多小于0.002mm，遇水可膨胀10～30倍。因此，在沙土中稍掺加一些膨润土就可以防止水流失，植物就可以生长。
　　国外治理沙漠化最成功的以色列，把贫瘠的荒漠变成节水、节肥的高产良田。美国亚利桑那州的南端，离墨西哥最近的城市图桑是建在沙漠中的城市，该城市像森林，也像野生植物园。该地年降雨量仅275mm，却能生长成百上千种沙漠植物和生存种类繁多的动物。亚利桑那大学的绿色草坪下有防渗层，也有定时喷水的喷头，既节水又节能。
　　由于沙漠地区一般日照时间很长，昼夜温差大，能在改造好的节水、节肥植被土上加篷，当年就会有可观的收获。而在飞播植绿时可将种子先用水拌、再用膨润土拌，其出芽率和成活率都会大大提高。膨润土还是各种肥料的很好载体。
　　6.应用系统工程治理沙漠化
　　(1)彻底治理沙漠化，必须各地都选好治理点，再以点带面。选点最好离能取水的地点近，离膨润土产地近，以便快速由点推向面，地毯式地向沙漠化中心进展，最先做的是蓄水、修路。
　　(2)各方参与治沙，利用遥感技术找到地下水，综合利用太阳能、风力发电、新型滴灌材料设备、生物育种等等，对应用膨润土进行沙漠化治理十分有利。可动员、鼓励国内外单位、私人投入创效益，甚至最初可以动员各大城市妇女将穿破的尼龙丝袜收集起来，装进膨润土作水窖防水衬砌等等。