水滑石类材料在大气环境污染治理中的应用研究

水滑石类材料在大气环境污染治理中的应用研究

夏敬贤,朱莹 ,赵京,李泉,冯振

河南工学院 材料科学与工程学院 河南新乡 453000

摘要：二氧化硫与氮氧化物是造成大气环境污染的两种主要因素。为提升大气环境污染的治理效果，本文以水滑石类材料为主要研究对象，着重从加强环境保护的角度，在对水滑石类材料的基本概况进行简单介绍之后，探讨在大气环境污染治理中应用水滑石类材料的原理和作用，希望能够为环境治理工作的开展提供借鉴的经验，促进自然与社会环境的可持续发展。

关键词：大气环境污染；水滑石类材料；环境污染治理

前言：大气环境是人类赖以生存的基本环境条件之一，保证大气环境的质量，对维持人体的生命健康和安全具有重要的作用。随着工业行业以及城市化的快速发展，大气环境质量呈现出较为明显的波动趋势，各类气体污染物的排放不仅影响大气环境，还会对人体的呼吸系统以及身体健康产生影响。对水滑石类材料在大气环境污染治理中的应用进行分析，对提升大气污染治理效果具有积极的意义。

一、水滑石类材料的基本概况

（一）水滑石类材料

阴离子黏土是水滑石类材料的基本表现形式，由带正电荷层和层间填充带负电荷的阴离子构成，是一种层状的化合物。基于化学行业的不断发展，水滑石类材料的用途已经得到了充分的挖掘，在催化、离子交换、吸附等方面都有着较为广泛的应用。

（二）水滑石类材料的研究现状

现阶段对于水滑石类材料的研究，更多集中于水滑石的合成上，将可溶性的镁盐、铝盐等金属盐与碱、阴离子盐应用pH恒定沉淀法、调变沉淀法、沉积沉淀反应法等方法合成为水滑石类化合物，能够将其应用于包括环境催化、治理的多方面领域[1]。

二、在大气环境治理中应用水滑石类材料的情况分析

在大气环境污染的治理中应用水滑石类材料，主要依据水滑石及其焙烧形态，基于选择性催化还原以及高级氧化的原理，实现对于大气污染物中硫氧化物和氮氧化物的选择性催化还原，在减轻大气环境污染的同时，也能够得到阴离子黏土，对于促进环境事业的发展具有积极的作用。基于此，对水滑石类材料在大气环境治理中的应用进行分析，主要基于水滑石类材料治理二氧化硫和氮氧化物的原理，探讨该材料的应用价值和优势。

（一）治理二氧化硫

应用水滑石类材料治理二氧化硫，主要能够基于水滑石类材料的碱性性质，发挥对酸性气体的吸附作用。在实际应用中，主要基于以下化学原理：

基于这一化学反应原理，通过的吸附和硫酸盐的还原三步骤，让碱性催化剂在氧化剂的作用下发生这一反应，可以有效达到脱除工业生产中的二氧化硫的目的。在这一过程中，也可以自由调变层电荷和层取代元素的水滑石类材料，将其作为一种新型的催化剂。这种催化剂在实际应用中能够体现出良好的催化和热稳定性能。

在这一反应中，由于硫酸盐的再生对反应发生的温度条件有较高的要求，需要让反应温度达到900℃，因而对于催化剂种类的选择也存在一定的限制。常见的氧化铝催化剂虽然具有耐高温的性质，但在碱性方面难以达到催化还原反应的要求。基于此，需要在应用水滑石类材料治理二氧化硫的过程中，积极探索更适合催化还原反应的催化剂类型。

近年来，在应用水滑石类材料治理大气环境污染的研究中，相关学者提出应用镁铝尖晶石来达到催化反应目的的方法，在进一步研究后发现，水滑石类的金属氧化物在实际应用中，能够自由调变镁铝比例，也能够调变不同种层间的取代元素，让氧化还原元素合成为催化剂的层状骨架结构[2]。在这一前提下，可以选择应用含元素的水滑石氧化结构，充分发挥氧化结构中钴纳米粒子的作用，在养护剂的作用下发挥协同作用，除去二氧化硫和氮氧化物。而应用这一结构，无需再引入氧化剂加速反应。

（二）治理氮氧化物

应用水滑石类材料治理氮氧化物，主要基于选择性催化还原技术原理来实现。对大气污染物中的氮氧化物进行治理，主要以水滑石类材料为主的化合物作为催化剂。在对治理氮氧化物的基本原理和应用过程进行分析之前，应明确氮氧化物的整体情况。相较于二氧化硫，氮氧化物在大气环境污染中能够体现出更为复杂的性质，具有终端治理难度大的特点。当前针对大气环境中氮氧化物的污染治理，以非催化和催化法两种，其中，非催化法应用到的设备较为庞大，且成本费用较高，也会存在二次污染等问题，因而大部分仍处于理论研究和实验的阶段。而催化法在当前的氮氧化物治理中有着较为广泛的应用。

催化法具体包括催化分解和催化还原两种方法。其中，催化分解能够在催化剂的作用下将一氧化氮分解为氮气；催化还原则是利用CO低碳烃等还原剂，将一氧化氮还原为氮气。考虑当前大气环境污染中氮氧化物的来源以汽车尾气为主，可以将水滑石类的复合氧化物应用于氮氧化物的治理中，重点围绕一氧化碳和一氧化氮的治理来进行催化反应。具体而言，水滑石具有水镁石型的正八面体结构，让氧化镁和氧化铝与反应物之间发生充分接触，在活性中心较多的情况下，可以有效提升样品的催化活性，从而让一氧化氮完全转化。

（三）脱除氮氧化物和硫氧化物

基于大气环境污染治理的要求，应用能够水滑石类材料脱除大气环境中的污染物，应注重催化还原与脱除的治理和效果。在当前科学技术水平不断提升的背景下，推动脱除氮氧化物和硫氧化物一体化催化的研究逐渐增多。现阶段的大气环境中，氮氧化物和硫氧化物往往同时存在，单独对其中一项内容进行脱除处理，容易对另一项污染物产生影响。例如，在脱除氮氧化物的过程中，二氧化硫的存在会导致催化剂中毒，影响大气环境污染治理的实际效果。

在这一情况下，就需要应用脱硫脱氮的一体化技术。在应用水滑石类材料促进脱硫脱氮一体化发展的要求下，可以将负载Pt的作为催化剂，在二氧化硫与载体之间相互作用的情况下，二氧化硫可以有效促进一氧化氮的氧化吸附。这主要是由于三者能够相互结合在催化剂表面，生成多分子的吸附物种。在此基础上，二氧化硫被氧化为硫酸盐，氮氧化物被氧化为硝酸盐，从而有效发挥同时氧化吸附的作用。结合水滑石类材料的基本性质，发现水滑石符合氧化物体系能够同时呈现酸性和碱性中心为，且不同金属离子也能够在复合氧化物的相互作用下产生不同的活性位。基于此，可以应用水滑石复合氧化物来达到同时氧化吸附二氧化硫和氮氧化物的目的。

在大气环境污染治理中应用水滑石类材料，还应考虑各类影响因素的变化对气体污染物脱除效果产生的影响。例如，通过前面的分析，发现催化剂的组成情况会通过影响水滑石复合氧化物结构的方式，影响催化剂的应用性能。例如，铜钴铝类水滑石能够呈现出良好的吸附氮氧化物的效果，是因为钴为催化中心，铜离子又能起到助催化的作用；吸附温度的变化也会对气体污染物的脱除效果产生影响。基于催化还原反应的原理，在催化反应中增加吸附温度，能够促进气体分子在吸附剂微孔中的扩散，也能够加速反应，进而提升吸附的速率。

结论：综上所述，水滑石类材料的应用能够有效满足对大气环境污染进行治理的要求，也能够有效改善大气环境的质量效果。结合当前大气环境污染的总体情况，在充分考虑水滑石类材料基本性质和作用的前提下，应针对气体污染物种类和性质的不同，应用合适的污染治理方法，提升水滑石类材料在环境污染治理方面的作用效果，从而为各地大气环境污染的治理提供经验参考。

参考文献：

[1]陈豪森,成晓玲等. 水滑石类材料改性研究进展[J]. 化工新型材料,2022,50(10):10-14+20.

[2]许婉冰,唐东山等. 水滑石类材料在含铀废水处理中的研究进展[J]. 铀矿冶,2021,40(03):223-230.