煤矸石作為全球排放量最大的工業(yè)固體廢棄物之一，不僅占用大量土地，還會(huì)對(duì)大氣、土壤等環(huán)境造成危害。但煤矸石具有一些環(huán)境友好型性能，經(jīng)預(yù)處理后可被資源化再利用為環(huán)境友好型材料。

煤矸石對(duì)營養(yǎng)鹽、重金屬和有機(jī)物等污染物具有一定的吸附性能，預(yù)處理之后可以作為一種廉價(jià)的吸附劑。目前，國內(nèi)眾多研究發(fā)現(xiàn)，煤矸石對(duì)于部分常規(guī)污染物、重金屬和有機(jī)物均具有一定的去除效果，提出煤矸石可作為吸附劑用于水處理中。

1、煤矸石對(duì)常規(guī)污染物的去除

煤矸石的礦物相組成以石英、蒙脫石、高嶺石、伊利石為主，其表面的SiO2、Al2O3等金屬氧化物對(duì)磷酸鹽均有一定的吸附能力。

最新研究進(jìn)展：

Ding等以新排出的煤矸石和自燃后的煤矸石為實(shí)驗(yàn)原料對(duì)磷酸鹽溶液進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)離子交換（磷酸根與氫氧根）在此吸附過程中起主導(dǎo)作用。新排出的煤矸石對(duì)磷的最大吸附量可達(dá)2.504mg/g；自燃后的煤矸石對(duì)磷的最大吸附量可達(dá)7.076mg/g。自燃后的煤矸石較新排出的吸附能力更強(qiáng)是由于其表面的SiO2、Al2O3等金屬氧化物含量升高，增強(qiáng)了其對(duì)磷酸鹽的吸附能力。

李惠嫻等也發(fā)現(xiàn)煤矸石中無定形的SiO2和Al2O3對(duì)磷酸鹽等污染物有一定的吸附能力，而經(jīng)煅燒過的煤矸石中的高嶺石在高溫（700~900℃）下發(fā)生脫水和分解，生成偏高嶺石和無定形的SiO2和Al2O3，因此激發(fā)了煤矸石活性，提高煤矸石中無定形的SiO2和Al2O3含量，進(jìn)而提高煤矸石對(duì)一些污染物的吸附能力。

劉保元等用500℃煅燒、40%硫酸酸洗后的煤矸石去除生活污水中的COD，發(fā)現(xiàn)粒徑在100目以下（＜150μm）的煤矸石對(duì)COD的去除率可達(dá)82.52%，隨著粒徑增大，去除率有所降低。并將其與活性炭相比較，活性炭的吸附效率和再生能力均高于煤矸石，但煤矸石的生產(chǎn)價(jià)格比較低，因此其市場(chǎng)前景還是比較光明的。

Zhang等通過研究發(fā)現(xiàn)，煤矸石對(duì)銨鹽也有一定的去除效果，最大吸附量可達(dá)6.0mg/L。類似于沸石和粉煤灰對(duì)銨鹽的吸附，在中性或堿性條件吸附量更多，銨根在中性或堿性條件下與氫氧根反應(yīng)生成氨氣得以去除。由于該吸附反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以一定程度的溫度升高（至45℃）可促進(jìn)該反應(yīng)進(jìn)行。

2、煤矸石對(duì)有機(jī)物的吸附

研究表明，煤矸石對(duì)于有機(jī)污染物如苯酚、陽離子染料等具有一定的去除效果。

最新研究進(jìn)展：

Jab?ońska等通過靜態(tài)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，煤矸石經(jīng)清洗干燥后對(duì)苯酚有一定的吸附效果，在苯酚初始濃度為100mg/L時(shí)，吸附能力可達(dá)6.2mg/g，F(xiàn)reundlich吸附模型可以較好地?cái)M合煤矸石對(duì)苯酚的吸附等溫線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，煤矸石可作為廉價(jià)吸附劑用于含有機(jī)物工業(yè)廢水的處理。

Zhou等將煤矸石粉、沒食子酸丙酯和去離子水按照一定比例混合，200℃干燥后制成微珠，之后在900℃下燒結(jié)，冷卻后形成陶瓷微球。通過表征顯示陶瓷中硅與鋁發(fā)生了同構(gòu)取代現(xiàn)象，使電負(fù)性增強(qiáng)，從而提高其對(duì)陽離子的吸附能力。用此煤矸石陶瓷微球吸附陽離子紅和陽離子藍(lán)兩種染料，發(fā)現(xiàn)其對(duì)兩種染料的吸附速率均較快，動(dòng)力學(xué)符合擬二階動(dòng)力學(xué)模型和Elovich模型，用Langmuir吸附模型和Freundlich吸附模型可以很好地?cái)M合兩種染料在陶瓷吸附劑上的吸附等溫線。可能的吸附機(jī)制涉及到靜電吸引、π-π鍵和氫鍵的相互作用等。煤矸石陶瓷吸附劑對(duì)陽離子紅的最大吸附量可達(dá)1.04mg/g，在pH為12.0時(shí)去除率可達(dá)近100%，對(duì)陽離子藍(lán)的最大吸附量可達(dá)2.17mg/g，在pH為8.0時(shí)去除率也可達(dá)99.7%。此項(xiàng)研究表明煤矸石用于處理工業(yè)印染廢水是可行的，可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高吸附容量，增強(qiáng)安全性。

Wang等將煤矸石用NaOH改性后吸附亞甲基藍(lán)溶液，并與原煤矸石進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)此吸附過程可以用Langmuir吸附模型進(jìn)行擬合，說明此過程為單層吸附；擬二階動(dòng)力學(xué)模型和韋伯-莫里斯經(jīng)驗(yàn)公式可以較好地描述實(shí)驗(yàn)的吸附動(dòng)力學(xué)。

3、煤矸石對(duì)重金屬的吸附

煤矸石對(duì)于重金屬如Ni、Pb、Cu、Cr等的吸附效果較為明顯。煤矸石孔隙率、比表面積、活性Al2O3含量及溶液pH值等因素均對(duì)重金屬吸附效果有一定影響。

最新研究進(jìn)展：

王利香等將煤矸石與ZnCl2按比例混合在650℃灼燒1.5h制備了改性煤矸石，以吸附污水中的Cr6+。據(jù)X射線衍射（XRD）圖可知，改性增多了材料中的活性Al2O3含量并增大了比表面積，最大吸附量（14.06mg/g）較未改性的煤矸石（7.13mg/g）有了很大提高。在Cr溶液初始濃度為50mg/L，pH=1.0，投加量為0.5g/30mL時(shí)，改性煤矸石對(duì)Cr的去除率可達(dá)96.75%，高于未經(jīng)改性煤矸石的去除率（85.94%）。

陳莉榮等將煤矸石、石灰石、AlCl3按照一定比例混合焙燒來制備復(fù)合吸附劑，并用其吸附水中的Cr6+。煤矸石經(jīng)高溫焙燒后，有機(jī)質(zhì)燃燒，微孔增多，吸附能力可顯著提高。另外，煤矸石中一些組分，如Al2O3，由晶相變?yōu)榉蔷啵钚栽鰪?qiáng)；摻入一定量的石灰石，其中含有的大量CaCO3高溫分解為CaO，可促進(jìn)煤矸石的活化，提高吸附能力；AlCl3具有較好的催化和脫水作用，Al3+也可促進(jìn)絮凝作用。最終選定煤矸石粒徑200目，與石灰石以2∶3的質(zhì)量比混合后再加入質(zhì)量比為10%的AlCl3，800℃下焙燒90min為最佳吸附劑制備條件，此條件下吸附劑的投加量為10g/L，pH=5.0，Cr溶液初始濃度為100mg/L時(shí)，吸附量可達(dá)9.19mg/g，去除率可達(dá)91.28%。

Wu等將煤矸石干燥過篩后研究其對(duì)Pb、Zn的吸附性能，發(fā)現(xiàn)投加量為5g/L時(shí)，煤矸石對(duì)Pb2+的吸附量可達(dá)7.57mg/g；對(duì)Zn2+的吸附量可達(dá)2.44mg/g，且吸附等溫線均符合Langmuir吸附模型，Pb2+的吸附主要是由于化學(xué)吸附，Zn2+的吸附主要是由于離子交換。

Shang等用甲基三甲氧基硅烷等材料對(duì)煤矸石進(jìn)行改性制備出巰基改性煤矸石，改性后的煤矸石擁有較大的比表面積和孔隙率，增大的比表面積將提供更多的吸附位點(diǎn)，從而提高其對(duì)Pb、Hg等重金屬的吸附能力[29]。

Li等將煤矸石在850℃下分別進(jìn)行2h摻煤無氧煅燒后，與NaOH和NaAlO2一起通過水熱法在90℃下反應(yīng)3h，制備出ZAC材料。這種材料比表面積可達(dá)669.4m2/g，這些均勻的微孔促進(jìn)了重金屬離子的吸附，對(duì)Cu2+的吸附效率可達(dá)92.8%。

Mohammadi等將煤矸石在850℃下煅燒4h，之后與藻酸鹽、乙醇和水按一定比例混勻反應(yīng)5h制備出ACCG材料，發(fā)現(xiàn)其對(duì)Zn2+和Mn2+的最大吸附量分別可達(dá)77.68mg/g和64.29mg/g。

Jab?onska等將未經(jīng)處理的煤矸石與經(jīng)600℃煅燒后的煤矸石做比較，吸附工業(yè)廢水中的Pb、Ni、Cu，發(fā)現(xiàn)在3種金屬溶液初始濃度均為5mg/L時(shí)，煤矸石對(duì)不同金屬的吸附效果有所差異，煅燒后煤矸石對(duì)Pb的吸附能力增強(qiáng)，可從27mg/g升高至33mg/g；對(duì)Cu也從17mg/g升高至22mg/g；但煅燒后對(duì)Ni的吸附能力減弱，從25mg/g減少至15mg/g。在廢水中重金屬離子濃度較高，pH較低時(shí)，離子交換占主導(dǎo)作用；在pH較高時(shí)，部分金屬離子可能通過沉淀而被去除。因此，pH值在煤矸石與重金屬吸附過程中是一個(gè)極其重要的影響因素。

煤矸石作為水處理吸附劑，對(duì)水中的多種污染物都具有吸附去除潛力。然而，目前的研究相對(duì)局限，對(duì)污染物的去除只限于磷酸鹽、苯酚、鉛和鉻等，可水中的污染物種類更多，包括硝態(tài)氮、多環(huán)芳烴和藥物及個(gè)人護(hù)理品（PPCPs）等。若可將煤矸石制成綜合性的水處理吸附劑，還應(yīng)加大對(duì)其改性方法的研究，使其可以全面去除多種污染物，提高利用價(jià)值，真正應(yīng)用到各種工程實(shí)踐中。

來源：田怡然,張曉然,劉俊峰,等.煤矸石作為環(huán)境材料資源化再利用研究進(jìn)展[J].科技導(dǎo)報(bào),2020,38(22):104-113.