羥基Fe、Al柱撐蒙脫石對慶大霉素的吸附行為

方圣瓊,潘　進,李　曉,翁洪平,邱凌峰(1.福州大學石油化工學院,福建 福州 350116；.福州大學環境與資源學院,福建 福州 350116)

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羥基Fe、Al柱撐蒙脫石對慶大霉素的吸附行為

方圣瓊1,2,潘進2,李曉1*,翁洪平2,邱凌峰2(1.福州大學石油化工學院,福建 福州 350116；2.福州大學環境與資源學院,福建 福州 350116)

摘要：以蒙脫石(Mont)為原料,在不同OH/Fe物質的量比(x)和Fe/Al物質的量比(y)柱撐條件下制備出系列羥基鐵(xOH/Fe-Mont)、羥基鋁(OH/Al-Mont)和羥基鐵鋁(yFe/Al-Mont)柱撐蒙脫石,采用XRD和FT-IR對柱撐蒙脫石進行表征,并研究了柱撐改性對蒙脫石對慶大霉素(Gen)吸附行為的影響.結果表明:柱撐蒙脫石對Gen吸附量顯著提高,且Mont(42.83mg/g)＜＜OH/Al-Mont(63.50mg/g)＜1.5OH/Fe-Mont(70.50mg/g)＜＜0.025Fe/Al-Mont(87.20mg/g),吸附Gen最佳pH值為9.等溫吸附適于采用Freundlich方程擬合,吸附動力學符合偽二級動力學方程,吸附3h可超過平衡吸附量的80%.XRD分析表明,羥基鐵和羥基鋁主導柱撐(y≤0.5)蒙脫石層間距擴增是吸附量增加的主要原因,而yFe/Al-Mont中y≥1.0時,層間距并不是吸附量變化的的主導機制;FT-IR分析表明陽離子交換是Gen和鋁離子進入蒙脫石的主導機制.

關鍵詞：蒙脫石；羥基鐵鋁復合柱撐；慶大霉素；吸附

* 責任作者, 教授, lxzwy@fzu.edu.cn

慶大霉素(Gen)等氨基糖苷類抗生素是一類廣泛應用于人類和動物的疾病治療的抗生素,在各類抗生素的使用量中排在第5位,占據中國抗生素市場份額的2.7%;其中的Gen主要用于治療細菌感染,尤其是革蘭氏陰性菌引起的感染,中國2010年產能已達2500t[1-4].抗生素藥物在生物體內為低吸收性,25%～90%將從糞便和尿液中以母體藥物或代謝物的形式排出體外,進入土壤或水生環境并中長期存在[1,5-12].據報導,Gen在美國的環境濃度為0～43ng/L,但在氧化塘的污水中可達0～467ng/L[13],在德國醫院排放的廢水中則檢測出Gen的殘留濃度高達0.4～7.6μg/L[14].我國濫用抗生素的情況也比較嚴重,在各種水體里都檢測出了Gen殘留,并出現了多種對Gen具有耐藥性的細菌[15-16].因此,對慶大霉素等抗生素污染的監測與防治逐漸引起人們的重視.

蒙脫石具有層狀結構和陽離子交換特性,被廣泛應用于污染物的吸附去除[17],其在抗生素污染控制方面的研究備受關注.但目前的研究主要集中在蒙脫石對四環素、青霉素、環丙沙星等抗生素的吸附[18-23]:Aristilde[20]研究了不同pH值時蒙脫石吸附四環素機理;Wu等[22]建立了蒙脫石吸附萘啶酸偽二級動力學方程;Anggraini等[21]采用擴展朗格繆爾模型來研究雙因素下2個抗生素競爭吸附行為;Essington等[24]用改性蒙石對改性蒙脫土吸附四環素和泰樂菌素的機理進行了研究,建立并成功地描述pH值邊緣吸附的表面絡合模式和內球表面絡合模式,表明離子交換是蒙脫石滯留金霉素、泰樂菌素的主要機制;但對Gen的吸附研究較少.Gen在水溶液中主要以陽離子形式存在,本文首先采用無機陽離子對蒙脫石進行單獨柱撐和復合柱撐改性,然后比較不同改性蒙脫石對Gen的吸附行為,為蒙脫石應用于Gen污染的吸附處理提供實驗和理論依據.

1　材料與方法

1.1主要實驗材料

慶大霉素標準樣(純度高于99%),蒙脫石(Mont)(離子交換容量為24.6mmol/100g),購自Sigma-Aldrich公司; 其他試劑均為優級純或色譜純.慶大霉素的儲備液(1000mg/L)采用高純水配制,儲存于4℃黑暗環境.

1.2柱撐蒙脫石吸附劑的制備

(1)羥基鐵柱撐蒙脫石吸附劑:在室溫下,將Fe(NO3)3·9H2O (24.24g)溶于去離子水制得Fe(NO3)3·9H2O溶液,在攪拌條件下,再分別將不同質量的Na2CO3粉末(0.64,1.27,1.91,2.54,3.18, 4.77,6.36g)緩慢分別加入到上述溶液中,然后加去離子水至200mL,繼續攪拌2h,最后將所得混合溶液在60℃下恒溫陳化24h,得到OH/Fe物質的量比分別為0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.5,2.0的羥基鐵柱撐溶液.將6g Mont加入到100mL去離子水中制得蒙脫石懸浮液,恒溫60℃,在攪拌下將羥基鐵柱撐溶液分別緩慢加入,攪拌反應2h后,60℃下陳化,最后經離心、水洗去除過量的離子,所得粉末105℃干燥2h,碾磨過200目篩,再在105℃下烘干2h,最終制得不同物質的量比的羥基鐵柱撐Mont吸附劑,分別記為0.2OH/Fe-Mont, 0.4OH/ Fe-Mont,0.6OH/Fe—Mont,0.8OH/Fe-Mont,1.0OH/ Fe-Mont,1.5OH/Fe-Mont和2.0OH/Fe-Mont.

(2)Fe/Al復合柱撐蒙脫石吸附劑的制備: 在室溫下,將60mL 1.0mol/L的Na2CO3溶液緩慢滴入100mL的0.5mol/L的AlCl3溶液中,加水稀釋至200mL,繼續攪拌2h,然后60℃恒溫陳化48h,得到OH/Al離子物質的量比為2.4的羥基鋁柱撐劑,記為2.4OH/Al柱撐液.然后分別取一定量的2.4OH/Al柱撐液(200,195.9,192.0,184.6,165.5, 141.2,109.1,88.9,75.0mL),并分別取對應量的1.0OH/Fe柱撐液(0,4.1,8.0,15.4,34.5,58.8,90.9, 111.1,125.0mL),同時邊攪拌邊緩慢加入到60℃的蒙脫石懸浮液(6g Mont加入到100mL去離子水中制得)中,攪拌反應2h后,所得懸浮液在60℃下陳化,最后經離心、水洗除去過量的離子,并將所得的粉末在105℃下干燥2h,碾磨過200目篩后,再在105℃下烘干2h,最終制得不同物質的量比的羥基鐵鋁柱撐Mont吸附劑,分別記為OH/Al-Mont,0.025Fe /Al-Mont,0.05Fe/Al-Mont, 0.10Fe/Al-Mont,0.25Fe/Al-Mont,0.50Fe/Al-Mont, 1.0Fe/Al-Mont,1.5Fe/Al-Mont,2.0Fe/Al-Mont.

1.3吸附劑表征

X射線衍射能譜(XRD)采用Rigaku MiniFlex 600進行分析,條件為40kV、15mA、Cu-Kα射線源,測定2θ范圍在5～20°,步長間隔1°/min.傅里葉紅外光譜(FT-IR)分析使用KBr壓片法,采用Thermo Nicolet iS10傅里葉變換紅外光譜儀記錄樣品IR譜圖,掃描范圍內分辨率為4cm-1.

1.4Gen吸附實驗

平衡吸附實驗的過程為:配制初始濃度為1.0mg/mL的Gen溶液并調節pH值為7,取0.1g蒙脫石或改性蒙脫石加入20mL的Gen溶液中,用鋁箔包裹,置于轉速170r/min的恒溫振蕩器中,25℃下震蕩吸附24h,取出以4000r/min離心5min,用高效液相色譜(Agilent 1260)測定上清液中的Gen濃度,根據吸附前后的濃度差計算吸附量.研究等溫吸附時,Gen初始濃度分別為0.2.4,0.6,0.8,0.9,1.0mg/mL;考察pH值對吸附的影響時,用HCl和NaOH調節溶液pH值為1,4,7,9, 10;考察吸附動力學時,則分別吸附0.5,1,3,7,12, 24h后取樣測定吸附量.

2　結果與討論

2.1XRD分析

圖1　羥基鐵鋁柱撐蒙脫石的X射線衍射圖譜Fig.1　X-ray diffraction patterns of hydroxyl-Fe-Al-pillared Mont

從圖1可知,OH/Fe-Mont、OH/Al-Mont和Fe/Al-Mont與改性前Mont的X射線衍射圖相比,并沒有出現新的衍射峰,但是(001)晶面衍射峰出現的位置和強度不一樣,羥基鐵、鋁改性蒙脫石相比于原蒙脫石的層間距d(001)顯著增大,說明柱撐改性有效增加了Mont的層間距.

從圖1a可知,Mont的d(001)為1.19nm,羥基鐵柱撐d(001)最大值出現在1.5OH/Fe-Mont, d(001)為1.62nm.層間距離的擴增分為2個階段, 當OH/Fe物質的量比小于0.8,d(001)增長緩慢; 當OH/Fe物質的量比超過0.8,d(001)增長較快; 在OH/Fe物質的量比為1.5,層間距d(001)達到峰值1.62nm,說明鐵離子的某些初級水解產物插層到部分蒙脫石顆粒的層間,導致層間距增加;當OH/Fe物質的量比為2時,d(001)反而降到1.54nm,主要是隨著OH/Fe物質的量比的升高,柱撐溶液中pH值升高到一定限度會導致鐵的氫氧化物沉淀,沉淀物覆蓋蒙脫石表面,造成柱撐效果不佳.

從圖1b可知,當Fe/Al≤0.05時,羥基鐵鋁柱撐蒙脫石圖譜與羥基鋁柱撐基本一致,d(001)值略高于無鐵的羥基鋁柱撐蒙脫石,這是由于Fe3+半徑(0.064nm)大于Al3+半徑(0.051nm),造成d(001)略大,但d(001)基本保持在1.71nm±0.3nm范圍,并沒有出現如文獻報道的d(001)在(2.3±0.1)nm范圍,這主要可能歸于柱撐的環境條件的不一致引起的[25].當Fe/Al≥0.10時,d(001)明顯下降,從1.70nm下降,使得復合物具有Fe3+聚合物的結構,這種結構變化導致了層間距的減小.

2.2FT-IR分析

圖2　羥基鐵鋁柱撐蒙脫石吸附Gen前后的FT-IR圖譜(+Gen表示吸附后)Fig.2　FT-IR spectra before and after Gen adsorption by hydroxyl-Fe-Al-pillared Mont (+Gen represents adsorption)

從圖2可知,吸附Gen前的Mont、1.5OH/Fe-Mont在1384cm-1處存在吸收峰,說明盡管經過反復的離心和洗滌,仍有相當多的硝酸根離子()存在于蒙脫石層間中.在羥基鐵柱撐液中,離子作為反離子起平衡鐵離子正電荷的作用.隨著柱撐劑進入蒙脫石,蒙脫石中鐵的含量增加,意味著需要平衡的正電荷增加了,進入蒙脫石的可能要隨之增加,柱撐后溶液中濃度低于柱撐前的濃度(37.2mg/L)驗證了這點.這種的存在使羥基鐵柱撐蒙脫石可以交換陰離子,通過交換功能性陰離子可以賦予蒙脫石以新的功能,吳平霄和袁鵬等的研究也證明了該結論[25-26].而OH/Al—Mont在1384cm-1震動峰很弱,說明量很少,主要在于制備羥基鋁柱撐劑的過程中沒有添加Fe(NO3)3·9H2O,因而沒有引入.吸附Gen后,1384cm-1吸收峰變弱,說明逃離了蒙脫石插層,這是由于Gen與蒙脫石層間域的羥基金屬聚合物離子發生離子交換反應,被置換出的羥基金屬聚合物離子進入溶液中,使得用于平衡其電荷的也逃逸出蒙脫石層間域[27].

2.3OH/Fe和Fe/Al物質的量比的影響

從圖3可知,原蒙脫石Mont(即OH/Fe物質的量比為0)的平衡吸附量為42.83mg/g,而OH/Fe-Mont的吸附量在OH/Fe物質的量比＜1.5 時,隨著OH/Fe物質的量比的增大而增大,OH/Fe物質的量比為1.5時候達到最大值70.50mg/g,接近Mont吸附量的2倍;而OH/Fe物質的量比大于1.5時候,吸附量又開始下降.羥基鋁單獨柱撐改性蒙脫石(即Fe/Al物質的量比為0)的平衡吸附量為63.50mg/g,而Fe/Al-Mont的吸附量在Fe/Al＜0.5時,隨著Fe/Al物質的量比的增大而減少,其中0.025Fe/Al-Mont時吸附量最大(87.20mg/g),是未改性蒙脫石Mont吸附量的2倍多,Fe/Al為0.5時達到最小值,但仍然高于未改性Mont的吸附量.

圖3　不同OH/Fe和Fe/Al物質的量比對Gen吸附量的影響Fig.3　Effect of molar ratio of both OH/Fe and Fe/Al on Gen adsorption amount

從羥基鐵柱撐蒙脫石XRD分析結果中d(001)的變化,可較好解釋OH/Fe物質的量比對吸附量的影響.由于Mont的d(001)小,因此吸附量小,而1.5OH/Fe-Mont的d(001)值最大,因此相應對Gen的吸附量也最大,這說明OH/Fe柱撐改性Mont對改善蒙脫石吸附Gen有明顯效果.從圖3可知,羥基鋁主導(Fe/Al≤0.5)的柱撐改性蒙脫石,其對Gen吸附量的變化與d(001)變化一致,說明層間距變化也是其吸附量變化的主要原因. 當OH/Fe和Fe/Al物質的量比≤1.0時,Fe/Al-Mont、OH/Al-Mont 吸附量大于OH/Fe-Mont 和Mont,當OH/Fe和Fe/Al物質的量比≥1.5 時,Fe/Al-Mont和 OH/Fe-Mont對Gen的吸附量趨向一致,這說明羥基Al和羥基Fe、Al復合柱撐蒙脫石在Fe含量較低時,以羥基Al為控制,結構接近較為穩定的Keggin結構,吸附量高于OH/Fe-Mont吸附量; 當Fe含量增大時,主要受到羥基鐵的控制,柱撐蒙脫石主要是柱撐與層離并存的層柱結構,因此Fe/Al-Mont和OH/Fe-Mont的吸附量基本一致.

2.4等溫吸附

圖4　Gen吸附量與平衡濃度關系Fig.4　Relationship diagram between adsorption capacity and equilibrium concentration of Gen

由圖4可知,各種吸附材料對Gen的吸附量均隨Gen濃度的增加而增加.這是由于在低濃度的時候,吸附位點附近的Gen分子數量很少,因此吸附量小;隨著初始濃度增加,Gen分子數量增加,競爭吸附位點明顯加劇,因此Gen吸附量上升.從圖4可知,不管在低濃度還是在高濃度,對Gen吸附量的大小次序均為: Mont＜＜1.0OH/Fe-Mont＜OH/Al-Mont＜1.0Fe/Al-Mont≈1.5OH/Fe-Mont＜＜0.025Fe/Al-Mont,即改性蒙脫石對Gen的吸附量均遠大于Mont,說明羥基鐵、羥基鋁和羥基鐵鋁柱撐改性蒙脫石顯著強化了對Gen的吸附.

對圖4實驗數據采用Langmuir 等溫吸附模型(公式1)和Freundlich等溫吸附模型(公式2)進行分析處理.

式中:qe是平衡吸附量, mg/g; Ce是平衡濃度, mg/L; qmax是最大吸附量, mg/g; KL是Langmuir吸附系數, L/mg; KF是Freundlich吸附系數,(mg1-1/n?L1/n)/g;獲得的Langmuir和Freundlich等溫吸附模型的參數如表1所示.

表1　Langmuir和Freundilch等溫吸附Gen模型參數Table 1　Parameters of Langmuir and Freundilch isotherms model for adsorption of Gen

從表1可知,采用Freundlich模型的模擬效果(r2= 0.93～0.99)總體上優于Langmuir模型(r2= 0.84～0.97).Freundlich模型中的1/n值均位于0.3 和0.52之間,這意味著柱撐改性和原Mont極易吸附慶大霉素.從表1中Langmuir的qmax值可以看出,改性蒙脫土對慶大霉素最大吸附容量是未改性Mont的2～3倍,最大吸附容量(qmax)的順序為:Mont＜＜1.0OH/Fe-Mont＜1.5OH/Fe-Mont≈OH/Al-Mont＜1.0Fe/Al—Mont＜＜0.025Fe/Al—Mont,說明羥基鐵鋁復合柱撐對Gen吸附量大于單獨柱撐,鐵鋁的物質的量比為0.025時吸附量最大.

為了分析Fe3+和Al3+在吸附慶大霉素過程中的貢獻度,測試了Fe和Al的濃度.1.5OH/Fe-Mont和OH/Al-Mont在吸附Gen時,吸附后溶液中的Gen濃度分別為(0.057,0.217,0.343,0.493, 0.553,0.641mg/mL)和(0.080,0.225,0.373,0.514, 0.593,0.683mg/mL),對應溶液中Fe的濃度為(0.019,0.024,0.035,0.043,0.047,0.050mg/mL),Al的濃度為(0.008,0.012,0.015,0.018,0.019, 0.021mg/ mL).溶液中Fe、Al元素的出現,說明慶大霉素通過與羥基鐵聚合物進行了離子交換,使得慶大霉素被吸附到蒙脫石.另外,慶大霉素在pH值為7的時候,其2、3、4、5價陽離子占比分別為0.004、0.084、0.378和0.537,可計算平均價態為+4價陽離子[28];如果全部與+3價的Fe、Al羥基聚合物進行離子交換,理論上對應的Fe濃度應為(0.023, 0.029,0.040,0.048,0.054,0.056mg/mL),Al的濃度應為(0.008,0.011,0.015,0.018,0.020,0.020mg/mL). Al元素的實際值以理論值為中心上下波動,說明羥基鋁柱撐蒙脫石吸附Gen基本是經過Al3+的羥基聚合物離子交換而吸附;但Fe元素理論值比實際值大0.004- 0.007mg/L,也就是有10～20%的慶大霉素并沒有經過Fe3+的羥基聚合物離子交換被吸附,而是通過別的離子交換或反應而被吸附.Sithole等[29]提出黏土吸附抗生素主要存在離子交換、二價陽離子或者H+絡合配位反應、黏土表面Al離子與抗生素反應等三種機制,已有研究表明蒙脫石吸附四環素等抗生素主要是通過其表面的H+和 Na+離子交換或者Ca2+的配位作用進行[19-20].那么,扣除Fe3+的羥基化合物外,推測還有H+、Na+和Al3+離子參與了其余10%～20%的慶大霉素吸附.蒙脫石含有Al,但是本身并不含有H+和Na+離子,H+和Na+應該是蒙脫石提純和調節pH值時引入的,但總體上羥基鐵柱撐蒙脫石吸附慶大霉素仍以Fe離子交換占主導地位.

2.5pH值影響

pH值是黏土吸附慶大霉素一個重要影響因素,粘土中不同點位分子有不同電荷,同樣不同pH有不同的吸附機制[30-32].不同pH值下,Mont、1.5OH/Fe-Mont、OH/Al-Mont和0.025Fe/Al-Mont吸附Gen的實驗結果見圖5.

由圖5可知,當pH≤9時,隨著pH值增大,吸附量急劇上升,而當pH=10時,吸附量急劇下降,這種規律主要緣于慶大霉素在溶液中存在6種狀態.當pH≤4.5時,Gen全部以5價陽離子存在; 當pH值較高時,Gen以較低價形式存在[28],對于一定交換容量的交換劑,此時其吸附量應該較大; 當pH值等于10的時候,不離解的Gen占了約70%,因此離子交換量急劇下降.從圖5中還可知, Mont的曲線形狀與改性蒙脫石不同,主要歸結于蒙脫石表面電荷性質的轉變.未柱撐改性Mont 在pH值6.5～7時,表面由帶正電荷開始轉向帶負電荷,當pH＞7時,Mont表面轉為負電荷,表面帶電荷有利于蒙脫石對慶大霉素陽離子的吸附[18,20,33];而改性蒙脫石經Zeta電位測試后發現,由于受到羥基鐵和羥基鋁的影響,其表面電荷在pH值在4～5之間變發生了轉變,因而吸附量在4～5時即迅速增加,出現了原蒙脫石吸附量增長滯后于改性蒙脫石的現象.由圖5可知,柱撐蒙脫石在環境pH值為7時的吸附量在65～74mg/g之間,遠高于未改性Mont的43mg/g,表明羥基鐵鋁改性蒙脫石是一種去除水溶液中慶大霉素的優良吸附劑.

圖5　 pH值對吸附Gen影響Fig.5　Effect of pH on the adsorption of Gen by Mont

2.6吸附動力學

從圖6可知,相同時間內不同吸附劑吸附量的大小順序為: Mont＜＜1.5OH/Fe-Mont＜＜OH/ Al-Mont＜0.5Fe/Al-Mont.偽二級動力學模型被廣泛應用于水溶液中污染物的吸附[34-36],對圖6實驗數據的模擬結果見表2.

式中:k[g/(mg?h)]是吸附速率常數;qe(mg/g)是平衡吸附量;qt(mg/g)是不同時間t的吸附量.式(3)可轉變為線性方程模型(4),其中[mg/(g?h)]是初始吸附速率.由表2模擬結果可知,初始吸附速率是:Mont[57.2mg/(g?h)]＜＜1.0Fe/Al-Mont [92.9mg/(g?h)]＜OH/Al-Mont[97.4mg/(g?h)]＜1.5OH/Fe-Mont [118.2mg/(g?h)],初始吸附速率非常大,3h內吸附基本超過平衡吸附量的80%,這也為實際應用時選擇合適的吸附時間提供了依據.表2可知平衡吸附量qe是Mont (43.5mg/g) ＜＜OH/Al-Mont (66.9mg/g) ＜1.0Fe/ Al-Mont (71.2mg/g) ＜1.5OH/ Fe-Mont(74.3mg/g),說明改性蒙脫石極大改善了其對水溶液中Gen的吸附,是去除Gen的良好吸附劑;而實驗測試的平衡吸附量為Mont (43.0mg/g)、OH/Al- Mont(65.5mg/g)、1.0Fe/Al-Mont (69.5mg/g)和1.5OH/Fe-Mont(73.3mg/g),實驗值略小于擬合值,但是兩者十分接近,也說明擬合值與實驗值基本一致;另外由表2可知,相關系數r2＞0.97,以上說明蒙脫石和柱撐蒙脫石對Gen的吸附動力學符合準二級動力學模型,而準二級動力學模型包含了吸附外部液膜的擴散、表面吸附和顆粒內部擴散等,因而能更真實全面地反映Gen在多孔的層狀蒙脫石上的吸附過程[37].

圖6　Mont和柱撐Mont吸附Gen動力學擬合曲線Fig.6　Fitting curve diagram of kinetics of Gen adsorption on pristine and pillared montmorillonite

表2　吸附Gen偽二級動力學方程參數Table 2　Parameters of pseudo-second-order equation for adsorption of Gen

3　結論

3.1羥基鐵柱撐在OH/Fe物質的量比小于1.5 時, d(001)隨著OH/Fe物質的量比的增大而增大,羥基鐵鋁柱撐d(001)隨著Fe/Al物質的量比的增大而減少;羥基鐵和羥基鋁主導(Fe/Al≤0.5)柱撐蒙脫石層間距擴增是吸附量增加的主要原因,而當Fe/Al≥1.0時,因羥基鋁柱撐Keggin結構被破壞,層間距不再是柱撐蒙脫石吸附量變化的的主導機制; FT-IR分析表明陽離子交換是Gen和鋁離子交換進入蒙脫石的主導機制,而羥基鐵進入蒙脫石層間域則受離子交換為主的多種機制作用.

3.2柱撐改性后蒙脫石對Gen的吸附量顯著提高,且Mont(42.83mg/g) ＜＜ OH/Al-Mont (63.50mg/g) ＜1.5OH/Fe-Mont(70.50mg/g) ＜＜0.025Fe/Al-Mont(87.20mg/g),其中0.025Fe/Al-Mon吸附量最大,約為Mont的2倍.

3.3等溫吸附實驗數據可以用Langmuir 模型(相關系數r2＞0.84)和Freundlich模型擬合(相關系數r2＞0.93),吸附動力學實驗表明Gen的吸附在3小時內超過平衡吸附量的80%,動力學數據符合偽二級動力學方程(r2＞0.97).

3.4柱撐改性蒙脫石和未改性蒙脫石對Gen的吸附量均隨著pH值增大而顯著增大,當pH值為9時吸附量達最大,是pH值為1時的4～5倍.

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Adsorption behavior of gentamicin on hydroxy-Fe-Al intercalated montmorillonite.

FANG Sheng-qiong1,2, Pan Jin2, LI Xiao1*, WENG Hong-ping2, QIU Ling-feng2(1.School of Chemical Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350116, China；2.School of Environment and Resources, Fuzhou University, Fuzhou 350116, China). China Envrionment Science, 2016,36(3)：778～785

Abstract：Pristine montmorillonite (Mont) samples were used as raw materials to prepare hydroxyl-Fe-pillared Mont (xOH/Fe-Mont, x: molar ratio of OH/Fe), hydroxyl-Al-pillared Mont (OH/Al-Mont) and hydroxyl-Fe-Al-pillared Mont (yFe/Al-Mont, y: molar ratio of Fe/Al) composites for the adsorption of gentamicin (Gen). These composites were comprehensively characterized through X-ray diffraction (XRD) and Fourier transformed infrared (FT-IR) spectroscopy to reveal the adsorption behavior of pristine and modified Mont for Gen. The adsorption capacity of the Mont composites was significantly enhanced after modification, with the adsorption order of pristine Mont (42.83mg/g) ＜＜ OH/Al-Mont (63.50mg/g) ＜ 1.5OH/Fe-Mont (70.50mg/g) ＜＜ 0.025Fe/Al-Mont (87.20mg/g). Specifically, the Mont composites showed the maximum adsorption capacity at pH 9. Furthermore, Freundlich adsorption isotherm model could well fit the experimental data. The pseudo-second-order kinetic model could sufficiently describe the kinetics of Gen adsorption, showing that over 80% of the equilibrium adsorption capacity of Gen can be obtained in 3h. XRD analysis demonstrates that the interlayer expansion in hydroxyl-Fe and hydroxyl-Al dominant (y≤0.5) pillared montmorillonite was the dominant reason for the enhancement of adsorption capacity of Gen. However, this is not a crucial indication for the enhancent in adsorption capacity of hydroxyl-Fe-Al-pillared Mont (y≥1.0). Through the FT-IR analysis, cationic exchange was the dominant mechanism for entering of both Gen and and hydroxyl-Al into the interlayer of hydroxyl-Al Mont.

Key words：montmorillonite；hydroxyl-Fe-Al pillared；gentamicin；adsorption

作者簡介：方圣瓊(1978-),男,福建武平人,講師,福州大學博士研究生,主要從事環境功能材料開發及水環境污染治理.發表論文12篇.

基金項目：國家自然科學基金青年科學基金(21303019);福建省自然科學基金(2015J01197)

收稿日期：2015-08-22

中圖分類號：X703

文獻標識碼：A

文章編號：1000-6923(2016)03-0778-08