混合白土水熱法合成Y型分子篩及其對亞甲基藍吸附性能的研究

劉海林，李志光，羅 迎

（湖南農(nóng)業(yè)大學理學院，湖南 長沙410128）

混合白土水熱法合成Y型分子篩及其對亞甲基藍吸附性能的研究

劉海林，李志光，羅 迎

（湖南農(nóng)業(yè)大學理學院，湖南 長沙410128）

采用坡縷石，高嶺土為原料，通過水熱法成功合成了Y型分子篩，并采用XRD、SEM對合成的Y型分子篩和反應原料進行了表征。降解亞甲基藍性能試驗表明，Y型分子篩吸附劑加入量為3．0 g·L-1，亞甲基藍溶液初始濃度1．0 mg·L-1，pH值7左右時，脫色率和降解率分別達到95．28%、85．46%，為Y型沸石及分子篩應用提供了依據(jù)。

Y型分子篩；脫色率；降解率

Y型沸石分子篩因其熱穩(wěn)定性以及良好的催化活性在石油、化工、冶金、電子技術(shù)、醫(yī)療衛(wèi)生等學科得到廣泛應用［1～4］。Y型沸石分子篩以其高比表面積、活性位和適度的孔徑取代了天然沸石分子篩。然而，工業(yè)上利用純高嶺土合成Y型分子篩因成本太高，給它的推廣使用帶來一定困難。因此，選擇廉價的Y型分子篩合成原料成為目前推廣Y型分子篩應用的重要環(huán)節(jié)［5~6］。

白土類凹凸棒土是一種具纖維紋理層鏈狀過渡結(jié)構(gòu)的以含水富鎂硅酸鹽為主的粘土礦。國內(nèi)于1979年首次發(fā)現(xiàn)凹凸棒土，主要分布在江蘇盱眙、六合和安徽嘉山礦床。20世紀70年代末先后在四川、山東、甘肅等地發(fā)現(xiàn)了一批礦點，尤其是在甘肅中、西部發(fā)現(xiàn)大型含碘凹凸棒石礦，屬世界首次發(fā)現(xiàn)含碘礦屬，遠景儲量達1Gt［7］，使我國成為世界上擁有凹凸棒石礦土資源的大國，因此凹凸棒土在用作吸附劑方面有很大的潛能。由于凹凸棒石粘土具備許多優(yōu)良的特征，如較好的吸附能力，獨特的分散性，耐高溫、抗鹽堿，有較高的可塑性及粘結(jié)力，礦物本身質(zhì)輕、性脆、吸水性強，干燥后收縮小，不大顯裂紋，水浸泡崩散，懸浮液遇電質(zhì)不絮凝，不沉淀，所以凹凸棒土的應用范圍相當廣泛［9～11］。

1 實驗部分

1．1 主要原料及試劑

凹凸棒土，高嶺土，2種粘土的化學成分見表1，水玻璃和偏鋁酸鈉為工業(yè)品，導向劑。

表1 凹凸棒土和高嶺土的化學組成

1．2 實驗方法

1．2．1 導向劑的制備

由水玻璃和高堿偏鋁酸鈉溶液在28℃恒溫老化24h而成，溶液的摩爾組分比16Na2O∶Al2O3∶15SiO2∶320H2O，呈乳白色膠狀態(tài)。

1．2．2 Y型分子篩的制備

將坡縷石置于馬弗爐中950℃下焙燒1 h；高嶺土在800℃焙燒1 h。 稱取m（坡縷石）∶m（高嶺土）＝2∶1，分別加入適量的水玻璃、NaOH溶液、導向劑和蒸餾水，混合物劇烈攪拌，迅速轉(zhuǎn)入反應釜中在95℃下水熱晶化36h。反應結(jié)束后，冷卻再經(jīng)水洗、過濾、干燥，得到粉末Y型分子篩。

1．3 表征方法

晶體的形貌分析采用日本理學Rigaku－DMaxrA 12kW型X射線轉(zhuǎn)靶衍射儀進行物相分析，選用Cu靶，波長1．54056，管電壓40 kV，管電流300 mA。發(fā)散狹縫和散射狹縫掃描速度為0．4°·min-1。

采用JEOL JSM-6360電子掃描電鏡（SEM）測定樣品的形貌，電壓為25 kV。

我國農(nóng)村地區(qū)部分人沒有認識到水源商品的屬性，缺少依法用水的理念，因此，容易忽略對水利設施的保護，甚至會出現(xiàn)人為破壞的現(xiàn)象。例如，閘閥井、供水房經(jīng)常被拆，私自接供水管道為自家用，導致人飲工程出現(xiàn)供水不足的情況。

1．4 吸附脫色試驗

考察Y型分子篩用量、有機物濃度、吸附時間、pH值等對吸附降解亞甲基藍的影響，計算方法如下：

（1）計算亞甲基藍的脫色率：

T＝ ［（A0-A）／A0］×100%

式中：T為亞甲基藍溶液的脫色率；A為吸附前的亞甲基藍溶液的吸光度；A0為吸附后的亞甲基藍溶液的吸光度。

（2）計算亞甲基藍的降解率：

式中：R為亞甲基藍溶液的降解率；C0為吸附前的亞甲基藍溶液的濃度；C為吸附后的亞甲基藍溶液的濃度。

2 結(jié)果與討論

2．1 合成的Y型分子篩與反應原料的XRD分析

圖1為合成的Y型分子篩與反應原料的XRD譜圖。由圖1可以看出，坡縷石經(jīng)過煅燒轉(zhuǎn)變?yōu)槭?、斜輝石和斜頑火石，高嶺土轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形的偏高嶺土。反應原料經(jīng)水熱晶化合成的樣品表現(xiàn)出Y型分子篩的強特征峰。從圖1還可以看出，合成的Y型分子篩中還殘留著煅燒坡縷石中2θ在26．62°（101）的石英特征峰。

2．2 坡縷石和合成的Y型分子篩的SEM表征

圖2為原料坡縷石和合成的Y型分子篩的SEM照片。從圖2（A）看出，坡縷石呈現(xiàn)出纖維狀的片狀和針狀形貌；從圖2（B）看到，經(jīng)過原位晶化反應后，坡縷石表面生長著一層緊密而形狀規(guī)則的晶體，可以清晰看出Y型分子篩是在坡縷石上生長的。

2．3 吸附時間對吸附的影響

向80 mL濃度為1．0 mg·L-1的亞甲基藍溶液中加入0．2 g的Y型分子篩分子篩，吸附不同的時間，再分別在665 nm下測其吸光度并計算脫色率和降解率（圖3）。從圖3看出，吸附時間對吸附效果的影響比較明顯，隨著時間的增長，脫色率和降解率都隨之增加；但當時間達到一定時，又會隨著時間的增加而減小，因此Y型分子篩在吸附時間為2 h左右時，吸附效果最好。

2．4 亞甲基藍濃度對吸附的影響

向濃度分別為0．5 mg·L-1、1．0 mg·L-1、1．5 mg·L-1、2．0 mg·L-1、2．5 mg·L-1和3．0 mL·L-1的80 mL亞甲基藍溶液中加入Y型分子篩，然后吸附2 h，再分別在665 nm下測其吸光度并計算脫色率和降解率（圖4）。從圖4可以看出，亞甲基藍溶液的濃度對吸附效果的影響比較明顯，隨著濃度的增加，脫色率和降解率都隨之減??；但當濃度達到一定時，又會隨著濃度增加而增大，但總體趨勢是減小。

2．5 Y型分子篩用量對吸附的影響

分別稱量0．2 g、0．4 g、0．5 g、0．6 g、0．8 g和1．0 g的樣品，加入80 mL濃度為1 mg·L-1的亞甲基藍溶液吸附2 h，然后分別在665 nm下測其吸光度并計算降解率和脫色率（圖5）。由圖5可以看出，在80 mL 1．0 mg·L-1亞甲基藍中，加入0．6 g Y型分子篩時，即Y型分子篩的加入量為7．5 g·L-1時，亞甲基藍溶液降解率和脫色率都較其他的好；Y型分子篩投加量再加大時，吸光度會減小，但是變化率不大，降解率和脫色率也相差不大。造成這一現(xiàn)象的原因可能是：對一定濃度的溶液，一定量的分子篩達到吸附飽和，從而不論分子篩的量增加多少，吸附效果都沒有很大改變。

2．6pH值對吸附的影響

稱量0．6 g的樣品，分別加入80 mL濃度為1 mg·L-1的亞甲基藍溶液，調(diào)節(jié)亞甲基藍溶液的pH值，然后吸附2 h，再分別在665 nm下測其吸光度并計算脫色率和降解率，如圖6所示。從圖6可以看出，當亞甲基藍溶液趨近于強酸性或中性或強堿性時，溶液的脫色率和降解率相對較高，脫色率達到90%以上，降解率大于80%；尤其當溶液的pH值為7，即中性左右時，脫色率和降解率分別高達95．28%和85．46%。

圖6 pH對吸附效果的影響

3 結(jié)論

（1）采用混合白土為原料，在95℃下水熱晶化36 h，可以獲得分子篩，經(jīng)過XRD分析，具有Y型分子篩的衍射峰特征，經(jīng)過SEM分析，粒度均勻，大小為2～3 μm。

（2）合成的Y型分子篩吸附劑加入量為7．5 g·L-1，亞甲基藍溶液初始濃度1．0 mg·L-1，pH值7左右，在此條件下，亞甲基藍溶液脫色率和降解率分別達到95．28%和85．46%。

（3）采用混合白土為原料合成的Y型分子篩是一種較為新型的吸附材料，相對于一般的吸附劑而言，具有較廣闊的應用領域和優(yōu)異的性能，有不錯的開發(fā)前景。

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Synthesis of Y－type Zeolite on Mixed Clay by Hydrothermal Crystallization and Research on Adsorption of Methylene Blue

LIU Hai-lin，LI Zhi-guang，LUO Ying
（College of Science，Hunan Agriculture University，Changsha 410128，China）

Molecular sieves were obtained by the hydrothermal synthesis using palygorskite and kaolin as primary raw materials．The synthesis of Y－type and raw materials of reaction was characterized by XRD and SEM．Adsorption and degradation of methylene blue test showed when the addition of Y－type zeolite adsorbents was 3．0g／L，the initial solution of methylene blue concentration was 1．0mg／L，and the pH value was around 7，the decolorication rate and the degradation rate were 85．46%and 95．28%respectively．This provided a basis for the synthesis and application of Y－type zeolite．

Y－type zeolite；decolorication rate；degradation rate

O 647.33

A

1671-9905（2011）06-0001-03

2011-03-16