淀粉改性膨潤(rùn)土對(duì)鎘離子及苯酚的吸附研究

李振宇 李生輝 蔣能佳

1.引言

目前國內(nèi)處理污水主要是采用的是生化處理方法，還有一些也采用了化學(xué)的手段，但是處理效果不好，而且運(yùn)營成本也是相當(dāng)?shù)母?。所以尋找廉價(jià)、易得、處理效果好的凈化材料是現(xiàn)在污水處理以及水資源再生利用事現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)之一[1-2]。復(fù)合改性膨潤(rùn)土是利用了膨潤(rùn)土的吸水性和離子交換能力，有機(jī)離子可以與晶層中的陽離子發(fā)生離子交換，生成有機(jī)基團(tuán)覆蓋在膨潤(rùn)土的表面，形成穩(wěn)定的改性產(chǎn)物。改性有機(jī)膨潤(rùn)土最大的特點(diǎn)就是：層間距大，疏水性強(qiáng)，對(duì)有機(jī)物有良好的吸附作用[3-4]。本文通過自制的改性膨潤(rùn)土探索了不同因素下對(duì)重金屬 Cd2+ 離子、苯酚的吸收能力。

1.儀器與試劑

1.1儀器

79-HW-1 型恒溫磁力攪拌器（金壇市鑫諾實(shí)驗(yàn)儀器廠）、SHA-B 型恒溫震蕩器（同華企業(yè)）、DHG-9108A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海精密實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）、SHZ-DIII 循環(huán)水真空泵（鄭州市亞榮儀器有限公司）、TGL-16 高速離心機(jī)（鞏義市英峪予華儀器廠）、UV754 紫外可見分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）、萬分之一天平（北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司）、WFX-120 原子吸收分光光度計(jì)（北京瑞利分析儀器公司）JSM-6701F 冷場(chǎng)發(fā)射型掃描電鏡;Vector 22 傅利葉變換紅外光譜儀。

1.2試劑

鈉基膨潤(rùn)土（SMB）（CEC 為 1.0266 ?mol/kg）為市售產(chǎn)品，淀粉（分析純），苯酚（分析純），十六烷基三甲基溴化銨（CTAB），硫酸鎘（分析純），硫氰酸鉀（分析純）。

2.實(shí)驗(yàn)方法

2.1改性土制備

將市售鈉基膨潤(rùn)土在干燥箱中于 350℃下烘干 4 小時(shí)[1，5]，靜置冷卻，后稱取 10.0 g 膨潤(rùn)土，加入與膨潤(rùn)土陽離子交換量（CEC）相當(dāng)?shù)氖榛谆寤@（3.7770 g）[6-7]和一定量的可溶性淀粉，溶解于 400 ml 蒸餾水中形成復(fù)合改性劑。在 25 ℃下恒溫?cái)嚢?24 h，然后進(jìn)行抽濾，在 60 ℃下烘干，研磨，過 200 目篩，制得一系列的改性膨潤(rùn)土。

2.2模擬污水的配制及吸附實(shí)驗(yàn)

稱取 1.8732 g 硫酸鎘和 1.0101 g 苯酚，配制成 1 g/L 模擬污水制備液，再配制濃度梯度為 25、50、75、100、150、200 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)液[8]，稱取 1.0 g 鈉基膨潤(rùn)土和改性土于 100 mL 錐形瓶中，并加入不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)液 30mL，旋緊瓶塞，在 25℃下于搖床中震蕩 8 小時(shí)，后取出離心分離，吸取上層清夜，用蒸餾水做參比，用紫外分光光度計(jì)于 270nm 波長(zhǎng)下測(cè)定苯酚含量;用火焰原子吸收光度計(jì)測(cè)定鎘離子含量，計(jì)算模擬污水中苯酚，鎘離子的去除率[9-13]。

去除率=（1-Ce/C0）×100%

其中，Ce 為吸附后溶液中的離子濃度，C0 為加入改性土前模擬污水的標(biāo)準(zhǔn)濃度。

2.3土吸附后的后期處理

將吸附后的土取出，在蒸發(fā)皿中于 60 ℃烘干，后稱取 1 g 吸附后的土于錐形瓶中，加入一定量的硫氰酸鉀，于 20 mL 水中震蕩 2 小時(shí)，后靜置 12 小時(shí)，測(cè)量鎘離子的濃度。

4結(jié)果與討論

4.1改性膨潤(rùn)土的結(jié)構(gòu)表征

圖 1 為天然鈉基膨潤(rùn)土原土與 淀粉、CTAB 復(fù)合改性膨潤(rùn)土的 FT-IR 圖。與原土的 FT-IR 光譜比較發(fā)現(xiàn) DDTC-CTAB-SMB 的紅外光譜中原先位于 519 cm-1、1033 cm-1 等處的 Si-O-M 伸縮振動(dòng)吸收峰均有不同程度的減弱，可能是由于進(jìn)入膨潤(rùn)土層間的淀粉與這些金屬發(fā)生了配位的緣故，2854 cm-1 和 2924 cm-1 處的-CH2 基團(tuán)中 H-C-H 的對(duì)稱和反對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰。由此可以推斷 CTAB 也有效地進(jìn)入了膨潤(rùn)土層間。

4.2改性劑加量

4.2.1不同改性劑加量對(duì)苯酚吸附效果影響

如圖 2 所示為不同加量對(duì)模擬污水中苯酚的去除率，其中加入 0.5g 淀粉進(jìn)行改性的改性土對(duì)苯酚的去除率最好，可以達(dá)到 70%，隨著苯酚量的增加吸附量也在逐漸增大，當(dāng)濃度大于 150mg/L 時(shí)，改性土對(duì)苯酚的吸附量趨近飽和，吸附量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但改性土對(duì)苯酚的吸附量比原土要好很多。

4.2.2不同改性劑加量對(duì)鎘離子吸附效果影響

圖 3 所示為加入不同量的淀粉進(jìn)行改性的膨潤(rùn)土對(duì)鎘離子的吸收，其中原土對(duì)鎘離子的吸收量很少，只有20%-30%，而經(jīng)過改性后的膨潤(rùn)土對(duì)鎘離子的吸附可以達(dá)到 93%以上，加入 0.5g 淀粉進(jìn)行改性的改性土最高吸附率為 95%。

4.3吸附時(shí)間影響

4.3.1吸附時(shí)間對(duì)苯酚的影響

由圖 4 可知當(dāng)吸附時(shí)間為 4 小時(shí)后，吸附量基本區(qū)域穩(wěn)定，但吸附時(shí)間為 2 小時(shí)時(shí)，苯酚含量較小時(shí)多，吸附量還沒有達(dá)到飽和。

4.3.2吸附時(shí)間對(duì)鎘離子的影響

從圖 5 中可以看出，改性土在吸附時(shí)間不同時(shí)，對(duì)鎘離子的吸附量也不相同，在震蕩 2 小時(shí)中，對(duì)鎘離子的吸附量相對(duì)較少，而過 4 小時(shí)后，改性土對(duì)鎘離子的吸附量則變化不大。

5結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該種復(fù)合改性膨潤(rùn)土對(duì)苯酚和銅離子的吸收效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于天然鈉基膨潤(rùn)土。在采用淀粉加量為 0.5 g 的改性膨潤(rùn)土吸附苯酚，吸附在 4 個(gè)小時(shí)，對(duì)苯酚的吸附率可達(dá) 70%，對(duì)鎘離子的吸附量可以達(dá)到 95%。

參考文獻(xiàn)

[1]徐媛媛. 改性膨潤(rùn)土吸附重金屬離子的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J]. ?工業(yè)水處理，2009.5，第 29 卷第 5 期.

[2]熊慕慕. 2008.我國膨潤(rùn)土礦資源及發(fā)展方向. 洛陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)，3：183-186

[3]潘慧，何廣平，吳宏海. 表面活性劑在膨潤(rùn)土改性中的應(yīng)用與發(fā)展前景[J]. 日用化學(xué)工業(yè)，2007.8. 第 37卷第 4 期.

作者簡(jiǎn)介：李振宇（1995.1.26-）男，漢族，甘肅酒泉，助理工程師，本科，單位：湖南中藍(lán)新材料科技有限公司，研究方向：氟化學(xué)生產(chǎn)，單位所在省市及郵編：湖南省郴州市宜章縣，424200。