酸性排水 (AD) とは、採鉱、冶金、およびなめし工場、電気めっき、発電所、電池製造など、さまざまなその他の産業活動からの排水を指します。 AD は世界で最も不快な環境問題の 1 つであり、公共の水供給源の汚染、水生生態系の汚染、さらには腐食によるインフラストラクチャーの損傷を引き起こしています。
AD は水質汚染に大きく貢献し続けています。それは、2.0 という低い pH 値を持つ強い酸性度と、さまざまな潜在的な汚染物質、特に重金属陽イオンおよびオキシ陰イオン (コバルト、ニッケル、カドミウム、銅、鉛、亜鉛、クロム酸塩、およびリン酸塩）。水生植物、野生生物、地下水への有害な影響を考慮して、未処理の酸性水を公共の小川に排出することは厳重に禁止する必要があります。
AD の治療には、カチオン性およびアニオン性汚染物質の除去と pH の中和が必要です。しかし、イオン交換、逆浸透、吸着、および沈殿などの現在開発されている処理方法は、前述の要件を満たす上で重大な制限に直面しています。イオン交換、逆浸透、および吸着の方法は、有毒な汚染物質の除去に役立ちますが、一般に pH の中和にはほとんど効果がありません。
沈殿のアプローチは、有毒な重金属陽イオンの除去と H の消費に有利ですが、一般に、比較的低濃度の陰イオン汚染物質の除去には効果的ではありません。さらに、金属陽イオンを沈殿させるために、液体の pH を高い値、時には 9.7 以上に上げなければなりません。したがって、プロセスの要求を満たすために、一般的な戦略は 2 つ以上の方法を組み合わせること (吸着と沈殿の組み合わせなど) であり、関連するコストが高くなります。
最新の研究では、広州地球化学研究所 (GIG)、中国科学院 (CAS)、およびコネチカット大学 (UConn) の Minwang Laipan と彼の同僚が、陽イオン/陰イオンを同時に除去する効果的な物質を自然がすでに提供してくれていることを発見しました。 AD からの汚染物質を除去し、その pH を中和します。この物質は、層状複水酸化物 (LDH) と呼ばれるアニオン性粘土のカテゴリに属します。
天然に存在する (すなわち、鉱物学的) LDH の例は、天然 LDH 相の最も長い既知の例である Mg-Al 炭酸塩ハイドロタルサイトにちなんで名付けられたハイドロタルサイト スーパーグループのメンバーとして分類されます。 40 を超える鉱物種がこのスーパーグループに属することが知られています。 LDH は、中間層の陰イオンと水を含む、正に帯電した金属層で構成されています。 LDH の一般式は [M1-x Mx (ああ)2 ][Ax/n ]·mH2 ここで、Mand Mare はそれぞれ金属二価陽イオンと金属三価陽イオン、A は層間陰イオン、X=M/(M+M) は表面電荷で、2 つの金属陽イオンの比によって決まります。注意すべき点として、M はいくつかの特殊なケースで Min に置き換えることができます。
彼らの研究では、ライパン等。 Mg-Al 炭酸塩ハイドロタルサイトを例にとり、その焼成生成物である MgAl-CLDH が、pH の中和だけでなく、さまざまな陽イオン/陰イオン汚染物質 (Co、Ni、Cd、Cu、Pb、Zn、クロム酸塩、およびリン酸塩)。 MgAL-CLDH による夾雑物の除去と pH の中和を同時に行うことは、LDH の「メモリー効果」によって可能になります。メモリー効果とは、複金属酸化物としても知られる LDH の興味深い構造特性を指し、か焼された生成物は水性環境で再水和して LDH に回復することができます。
このプロセスでは、二重金属酸化物が水から水素原子を捕捉し、それによって OH– を残して液体の pH を上昇させます。このようにして、ｐＨを中和し、重金属陽イオンを除去することができる。一方、LDH が形成されると、周囲の陰イオンが層間空間または LDH の表面に取り込まれ、電荷が補償され、陰イオン汚染物質が除去されます。 MgAl-CLDH による吸着によるさまざまな重金属カチオンの除去効率は、NaOH を使用した沈殿による除去効率よりもはるかに高いことが判明しました。これは、CLDH/LDH の吸着能力が重金属カチオンの除去にさらに寄与できることを意味します。
ライパンらのこれらの発見。 Applied Clay Science の最近の出版物で詳しく説明されています 、「酸性廃水処理のための焼成 Mg/Al-LDH:同時中和と汚染物質除去」というタイトルの記事で。代表著者である GIG &CAS の教授である Runliang Zhu と UConn の教授である Luyi Sun は、LDH などの鉱物とその有望な用途の研究に取り組んでいます。これらの豊富で低コストの鉱物が現在の技術を改善し、すぐに環境修復において重要な役割を果たすことが期待されています.
