PVP功能化蒙脫石吸附紅色染料性能研究

黃云鳳，朱永甫，葉嬌琴，蘭麗玲，吳偉端

（閩南理工學(xué)院土木工程學(xué)院，福建 泉州 362700）

我國紡織印染工業(yè)產(chǎn)生的染料廢水排量很大。染料廢水具有色度較大、難脫色、水變動較大等特點，富含的偶氮染料更具有致癌作用，嚴重污染水體。蒙脫石是一種天然的吸附材料，蒙脫石結(jié)構(gòu)屬2∶1型，層間具有水分子和可交換陽離子的二八面體型鋁硅酸鹽礦物［1］。通過功能試劑插層、硅烷嫁接等方法改性可制得多種功能材料，可廣泛用于工業(yè)污水的凈化、脫色、降低環(huán)境污染，尤其是改善由重金屬及有機物引起的污染效果更為明顯，是目前研制改性蒙脫石成為在環(huán)境污染修復(fù)領(lǐng)域一個研究熱點［2］。以陰離子表面活性劑［3］硬脂酸鈉為改性劑，制備了硬脂酸鈉改性蒙脫石，結(jié)果表明對亞甲基藍具有較好的吸附效果；以巰基-蒙脫石復(fù)合材料［4］研究對重金屬鎘不同污染水平農(nóng)田土壤的鈍化效果；以蒙脫石為原料［5］、硫酸為改性劑，研究硫酸濃度和固液比對蒙脫石吸附廢水中，Cr6+改性后的蒙脫石層間距增大，具有較好的吸附性能。

本文選擇以聚乙烯吡咯烷酮 （PVP）作為蒙脫石的改性劑，調(diào)配不同的用量，制備多配比的PVP功能化蒙脫石復(fù)合材料，研究在不同配比下，PVP功能化蒙脫石復(fù)合材料對紅色染料的吸附能力及脫色效果與時間的關(guān)系。

1 實驗部分

1.1 主要實驗儀器

小得利77-1磁力攪拌器；

上海恒平752紫外可見分光光度計 （移動波長：500nm，A為吸光度 （Absorbance），A＝abc，其中a為吸光系數(shù)，單位L／（g·cm），b為光在樣本中經(jīng)過的距離 （通常為比色皿的厚度），單位cm，ρ為溶液質(zhì)量濃度，單位g／L，c為濃度，單位mol／L；T為透射比 （Trans）%）；

湖南可成儀器設(shè)備有限公司臺式低速離心機L2-4K。

1.2 實驗材料

1.2.1 聚乙烯吡咯烷酮

分子式：（C6H9NO）n，結(jié)構(gòu)式：

聚乙烯吡咯烷酮是一種非離子型高分子化合物，是N-乙烯基酰胺類聚合物中最具特色，且被研究得最深、最廣泛的精細化學(xué)品品種。已發(fā)展成為非離子、陽離子、陰離子3大類，工業(yè)級、醫(yī)藥級、食品級3種規(guī)格，相對分子質(zhì)量從數(shù)千至一百萬以上的均聚物、共聚物和交聯(lián)聚合物系列產(chǎn)品，并以其優(yōu)異獨特的性能獲得廣泛應(yīng)用。聚乙烯吡咯烷酮呈白色粉末，水溶性聚合物，與染料具有良好的親和力。

1.2.2 蒙脫石

蒙脫石，又稱微晶高嶺石分子式：Ex（H2O）4｛（Al2-x，Mgx）2［（Si，Al）4O10］（OH）2｝；E為層間可交換陽離子，主要為Na+、Ca2+，其次為K、Li等。根據(jù)層間主要陽離子的種類，可分為鈉蒙脫石和鈣蒙脫石。

本實驗選用鈉蒙脫石，灰白色粉末狀。

1.2.3 直接大紅4BE染料

分子式：C32H22N6NA2O6S2；相對分子質(zhì)量：696.68。

結(jié)構(gòu)式：二苯基-4，4’-二 ［（偶氮-2-）-1-氨基萘-4-磺酸鈉］

直接大紅4BE染料呈紅色粉末同，溶于水呈黃紅色，溶于醇呈橙色，極微溶于丙酮，澄清亮紅色溶液，幾乎不溶于醚。用途：廣泛應(yīng)用與紙漿，紙板，棉纖維，竹木制品等的染色。

1.3 實驗內(nèi)容

1.3.1 大紅染料溶液的制備

將大紅染料與蒸餾水按一定比例配制染料溶液的初始質(zhì)量濃度為：50mg／L。

1.3.2 PVP-蒙脫石納米復(fù)合材料的制備

1）將蒙脫石與蒸餾水按不同質(zhì)量比配制不同溶度的蒙脫石溶液。

2）取不同體積不同濃度的蒙脫石溶液，分別加入不同比例的PVP，經(jīng)機械力攪拌作用，制得PVP-蒙脫石納米復(fù)合材料。

1.4 實驗步驟

1）分別配制蒙脫石與蒸餾水的質(zhì)量配比為：20g／L與30g／L的蒙脫石水溶液。

2）分別取濃度為20g／L與30g／L的蒙脫石水溶液，添加PVP，質(zhì)量濃度為：5g／L。

3）PVP-蒙脫石納米復(fù)合材料試樣制備。

分別取20mL質(zhì)量濃度為20g／L與30g／L的蒙脫石水溶液，攪拌2h后，再添加質(zhì)量濃度為5g／L的PVP，添加10mL濃度為大紅染液溶液，攪拌1h。

4）應(yīng)用離心機，分別對上述試樣進行離心處理，離心時間分別為6、12、18、24、30、36、42、48、54、60min。

2 實驗結(jié)果

2.1 測試儀器

應(yīng)用上海恒平752紫外可見分光光度計，分別對上述試樣進行測試。移動波長：500nm，A為吸光度 （Absorbance）A＝abc，其中a為吸光系數(shù)，單位L／（g·cm），b為光在樣本中經(jīng)過的距離（通常為比色皿的厚度），單位cm，T為透射比%。

2.2 測試步驟

1）首先，掀開外邊的保護罩，打開電源開關(guān)，儀器進入初始化狀態(tài)，自動進行檢測。初始化完成后，儀器進入主界面，按 “移動波長”鍵入所需測定的波長數(shù)，按 “100%／0A”自動校零。打開樣品室蓋子，把裝有空白和待測樣品的比色皿依次放入比色皿樣品室里的架子里。依次拉樣品架拉桿，直接讀數(shù)即可。

2）質(zhì)量濃度為50mg／L的大紅染色溶液紫外可見光測試結(jié)果顯示，透射率為21.3%，吸光系數(shù)為0.672，其余測試數(shù)據(jù)如表1所示。

3）圖1是根據(jù)表1中透射率實驗數(shù)據(jù)經(jīng)過三次樣條曲線擬合而成，其中數(shù)據(jù)點為實測數(shù)據(jù)。其中，T1是3g蒙脫石+100mL染料的透射率；T2是3g蒙脫石+100mL染料+0.06gPVP的透射率；T3是2g蒙脫石+100mL染料的透射率；T4是2g蒙脫石+100mL染料+0.04gPVP的透射率。

圖1 表1中透射率實驗數(shù)據(jù)經(jīng)過三次樣條曲線擬合圖FIG.1 The experimental data of transmittance are fitted by cubic spline curve in Table 1

表1 紫外可見分光光度計分析結(jié)果Tab1 Analysis results of uV-vis spectrophotometer

3 結(jié)果分析

1）如表1所示，配比為3g蒙脫石+100mL染料與3g蒙脫石+0.06gPVP+100mL染料試樣，在離心6gPVP后，加入PVP透射率明顯較高，3g蒙脫石+0.06gPVP+100mL染料最高透過率達到26.2%。3g蒙脫石+100mL染料最高透射率為19.2%，經(jīng)過約42min，透射率才達到25.45%。

2）同樣，表2顯示，當取配比為2g蒙脫石+100mL染料與2g蒙脫石+0.04gPVP+100mL染料作對照實驗，在6min離心后加入PVP的透過率明顯較高，2g蒙脫石+0.04gPVP+100mL染料最高透過率達到23.9%，而2g蒙脫石+100mL染料透過率才達到18.1%，經(jīng)過離心約36min方才達到24.1%。

3）從透射率實驗數(shù)據(jù)經(jīng)三次樣條曲線擬合后圖1可看出，當離心6min和30min后，上述試樣透射率為：3g蒙脫石+100mL染料+0.06gPVP＞2g蒙脫石+0.04gPVP+100mL染料 ＞3g蒙脫石+100mL染料＞2g蒙脫石+100mL染料。

也就說，當蒙脫石用兩相同時，PVP功能化蒙脫石脫色效果較好；當添加未改性的蒙脫石，隨著蒙脫石的用量增大，脫色效果明顯增大。

4 結(jié)論

成功合成了PVP-功能化蒙脫石符合材料，探索不同PVP用量、不同蒙脫石用量對直接大紅脫色效果。研究表明，PVP功能化蒙脫石納米材料對染料的吸附效果明顯高于未添加PVP蒙脫石；PVP功能化蒙脫石納米材料對染料的吸附經(jīng)6min離心作用，透射率由21.3%提高到25.4%，而未改性的蒙脫石溶液需要36min離心作用才能到達。