煙堿在膨潤土中的吸附性能研究

高 秀，黃 璐，黃紫琪

（西南石油大學(xué)，地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610500）

1 黏土的吸附特性和測定方法

1.1 吸附特性

黏性土主要由各類黏土礦物組成，具有比表面積大、離子交換能力高、低滲透性等特點，對污染物質(zhì)有著極強的吸附作用，在達到吸附飽和之前，對污染物質(zhì)的凈化功能十分顯著，使其在填埋場污染防治與水環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域中發(fā)揮著獨特作用。以天然黏土材料為主要原料制作的防滲襯墊，土工膜具有優(yōu)異的抗老化性能，幾乎能實現(xiàn)永久的防水性能，且具有一定的自我修復(fù)性能，2mm 縫隙能自我修復(fù)，鋪設(shè)安裝相對簡單，對施工要求不高。但僅能保證滲濾液的水體不會危害地下水，卻不能保證滲濾液中的污染物不會穿透襯墊進入地下水系。

1.2 吸附性測定方法

目前實驗室測定黏性土對離子吸附性的常用方法有兩種：Batch 試驗法和土柱測定法。

Batch 試驗法是最常用的測定方法。其原理是：在一定溫度下，在途中按照一定土液比加入不同濃度的離子溶液，當(dāng)吸附基本達到平衡后，以離子的加入量對土的離子吸附量作圖，從而得到土對該離子的吸附等溫曲線。根據(jù)試驗測得的平衡濃度C 與已知的初始濃度，可通過下式計算吸附達到平衡時，土粒對離子的吸附量S：

式中：C0為離子溶液的初始濃度；Vsol 為離子溶液的體積；Ms 為風(fēng)干土樣重量。

此方法相對簡單、快速，只考慮黏土顆粒的吸附作用，是測定吸附速率常數(shù)的有效辦法，以廣泛用于測定分配系數(shù)、研究吸附動力學(xué)等方面。本文的研究方法就是建立在Batch 方法基礎(chǔ)上進行。

1.3 試驗材料

本試驗所采用的黏土材料為鈉基膨潤土（Bentonite），呈灰白色粉末狀，主要成分為蒙脫石，具有較強的吸附性和膨脹性。試驗中，需將該土樣進行烘干處理，并對所選擇的土樣通過X射線衍射儀進行土樣分析，其中包含的化學(xué)成分有SiO2和Na0.3Al2(Si, Al)4O10(OH)2·2H2O。再對土樣進行300 倍和3000 倍的電鏡掃描，并取得土樣Mag=3.00KX 下的結(jié)構(gòu)，如圖1。

圖1 Mag=3.0KX 時土樣結(jié)構(gòu)圖

然后是煙堿標(biāo)準(zhǔn)儲備液的配制，吸取煙堿2μL 至裝5mL 水的50mL 容量瓶中，用蒸餾水稀釋至標(biāo)線，再取上述溶液5mL 至50mL 容量瓶中，再用蒸餾水稀釋至標(biāo)線，搖勻。此儲備液含煙堿4.04mg/L。

1.4 試驗步驟

取烘干土樣0.5g，放入150mL 三角燒杯中，燒杯中加入上述溶液50mL（水土質(zhì)量比為100∶1），搖勻編號，重復(fù)操作三次；A 組放到25℃恒溫振蕩器中振蕩24h，B 組在常溫環(huán)境下放置24h，C 組先放到25℃恒溫振蕩器振蕩12h，后將溫度調(diào)成35℃繼續(xù)振蕩12h。將混合溶液轉(zhuǎn)入離心機，以3500r/min 的轉(zhuǎn)速離心20min；取上部清液測定離子濃度。用722N 可見分光光度計測定其吸光度，利用朗伯-比耳定律表達式計算得出離子濃度，代入（1）式可算得吸附量。

比較計算值發(fā)現(xiàn)，振蕩后膨潤土的吸附量比常溫放置小。鑒于此組試驗時長僅24h，相比現(xiàn)實膨潤土的吸附環(huán)境時長存在不足。改進試驗，設(shè)置11 組試驗，時長分別為0.25h、0.5h、1h、6h、12h、24h、36h、48h、60h、72h、84h，在常溫環(huán)境下進行試驗，測定吸光度并通過郎伯比爾定律算出吸附試驗后的離子濃度，代入（1）式計算得吸附量，以吸附量為縱軸、吸附時長為橫軸繪制吸附量折線圖。見圖2。

圖2 常溫下鈉基膨潤土對煙堿溶液的吸附圖

由圖2 可看出，剛開始吸附，吸附量迅速上升，全程都伴有解吸情況，隨吸附時長的增加，吸附量逐漸減少，開始減少速度較快，后逐漸緩慢，是由于土顆粒表面的吸附點位有限，雖解吸會給吸附點位出現(xiàn)的機會，但吸附占主導(dǎo)作用，故吸附量會逐漸減少?？勺C明煙堿在膨潤土顆粒之間的吸附機理主要通過礦物質(zhì)表面吸附作用來是實現(xiàn)，且全程伴有解吸的現(xiàn)象，故不穩(wěn)定。

吸附試驗結(jié)束，將吸附后的土樣烘干后進行和3000 倍的電鏡掃描，圖3、圖4、圖5 為部分樣品SEM 圖，將這些圖與吸附試驗前的圖進行對比。

圖3 Mag=3.0KX

圖4 Mag=3.0KX

圖5 Mag=3.0KX

由圖3、4、5 與圖1 比較可得，膨潤土中的主要成分蒙脫石表面凹凸且有典型的層狀結(jié)構(gòu)，吸附后膨潤土的表面特性發(fā)生變化，孔隙結(jié)構(gòu)有所改善，外形輪廓柔和，連續(xù)性加強。但由于未經(jīng)改性的鈉基膨潤土是親水性物質(zhì)，對煙堿的吸附效果并不理想，故吸附量有限也不穩(wěn)定。

2 結(jié)論

1）以煙堿溶液為吸附質(zhì)，天然鈉基膨潤土為吸附劑，進行吸附試驗。煙堿在天然鈉基膨潤土顆粒之間的吸附主要是通過礦物質(zhì)的表面吸附作用來實現(xiàn)的，作用力較弱，吸附效果較差。

2）未經(jīng)改性的天然鈉基膨潤土對煙堿的吸附效果并不理想，吸附量有限且不穩(wěn)定。