海泡石改性及對Pb2+吸附性能研究*

張才靈，牛 成，潘勤鶴，王芙香，智 霞

(熱帶多糖資源利用教育部工程研究中心，海南大學(xué)材料化工學(xué)院應(yīng)化系,海南 海口 570228)

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海泡石改性及對Pb2+吸附性能研究*

張才靈，牛 成，潘勤鶴，王芙香，智 霞

(熱帶多糖資源利用教育部工程研究中心，海南大學(xué)材料化工學(xué)院應(yīng)化系,海南 海口 570228)

采用離子交換法以鹽酸作為質(zhì)子供體對海泡石進(jìn)行酸化處理，用CTMAB對其進(jìn)行改性。探討了改性海泡石用量、時(shí)間、pH、溫度、初始濃度等對Pb2+吸附性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：經(jīng)過酸處理和CTMAB改性海泡石對Pb2+的吸附率提高了50%，且不受初始濃度的影響。

海泡石；改性；吸附性能；Pb2+

鉛(Pb2+)是當(dāng)前環(huán)境存量最大的重金屬污染元素，是生物體非必須的，并在生物體內(nèi)富集，影響到種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能，破壞生態(tài)系統(tǒng)[1-2],通過抑制代謝而影響生物體的生命活動[3],也是最難控制的污染物[4-5]。

海泡石作為一種天然纖維狀鎂硅酸鹽礦物,孔徑為0.36×1.06 nm，依據(jù)其晶體結(jié)構(gòu)模型計(jì)算，比表面積可達(dá) 800～900 m2/g[6]，具有三類吸附活性中心[7]與其它的吸附劑相比，由于其具有比表面積大、吸附性能好和離子交換能力強(qiáng)的特點(diǎn)[8-12]，并且價(jià)格低廉，儲量豐富，加工處理工藝相對簡單。通過對海泡石酸處理和有機(jī)物改性處理，應(yīng)用于重金屬廢水污染乃至其它環(huán)境污染方面的治理[13-15]。目前的海泡石的改性主要有酸活化法[16]、離子交換活化法[17]、高溫活化法[18]、有機(jī)改性[19]等，但這些研究還沒有形成規(guī)模化生產(chǎn)，因此尋找具有投資少、處理效果好且無二次污染等優(yōu)點(diǎn)的新技術(shù)，具有較為廣泛的前景。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試劑和儀器

硝酸鉛、鹽酸、硝酸、氫氧化鈉、六偏磷酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨(CTMAB)均為分析純，購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司、海泡石(市售)、純水(自制)。

TAS-990型原子吸收分光光度計(jì)，北京普析通用；SHA-C型恒溫水浴振蕩器，金壇市天竟實(shí)驗(yàn)；85-2A型磁力恒溫?cái)嚢杵鳎旖蚴匈惖美梗籇HG-9071A型電熱恒溫干燥箱，南北儀器；SHB-IIIS型真空泵，鄭州長城儀器；AUY220型電子天平，日本島津等。

1.2 CTMAB/SEP的制備

取10 g海泡石和純水按照固液比1:20進(jìn)行配比，常溫下攪拌6 h，取上層懸浮液抽濾干燥。與1 mol/L鹽酸按固液比為1:24混合均勻，攪拌24 h，抽濾并洗至中性，干燥后得到酸化海泡石。將酸化海泡石與6% 六偏磷酸鈉按固液比為2:5混合均勻，磁力攪拌30min并超聲分散30 min，加入1.0 g CTAB恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)12 h，抽濾洗滌。干燥至恒重，得到CTMAB/SEP成品。

1.3 Pb2+標(biāo)準(zhǔn)貯備液的配置

稱取0.1600 g的Pb(NO3)2，加5 mL濃硝酸和50 mL純水，待溶解后轉(zhuǎn)移至1000 mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻，制得1000 mg/L Pb2+貯備液。

1.4 吸附實(shí)驗(yàn)

“讀經(jīng)典，做臨床”已經(jīng)成為中醫(yī)高等教育的共識，在經(jīng)典教學(xué)中《黃帝內(nèi)經(jīng)》是第一門經(jīng)典課程，如何使學(xué)生熱愛經(jīng)典，熱愛中醫(yī)，帶領(lǐng)學(xué)生走入經(jīng)典學(xué)習(xí)的大門，是教師應(yīng)該深入思索的問題。

不同濃度Pb2+溶液液均由Pb2+貯備液稀釋配制，移取50.00 mL的Pb2+液于250 mL錐形瓶中，調(diào)節(jié)pH值，加入一定量改性海泡石或天然海泡石，置于恒溫水浴振蕩器中，按實(shí)驗(yàn)要求，改變實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)行振蕩吸附，離心分離，取上清液測定Pb2+的濃度，計(jì)算Pb2+的吸附率：

式中：η——吸附率，%C0——Pb(Ⅱ)液初始濃度，mg/LCe——吸附后Pb(Ⅱ)液濃度，mg/L

2 結(jié)果與討論

2.1 CTMAB/SEP吸附時(shí)間與吸附率的關(guān)系

圖1 CTMAB/SEP吸附時(shí)間與吸附率的關(guān)系

如圖1所示，吸附的初始階段，吸附劑對Pb2+的吸附量隨時(shí)間延長而快速增大，CTMAB/SEP比天然海泡石吸附速度更快達(dá)到Pb2+吸附飽和的時(shí)間更短。這是由于吸附的初始階段吸附主要發(fā)生在CTMAB/SEP表面，比較容易與Pb2+接觸，因此吸附速度較快；隨著反應(yīng)進(jìn)行，吸附劑表面逐漸飽和，隨著Pb2+的擴(kuò)散，吸附主要發(fā)生在其內(nèi)部孔道，由于孔道限制了Pb2+的擴(kuò)散，因此吸附的速率變慢。

2.2 CTMAB/SEP用量與吸附率的關(guān)系

圖2 CTMAB/SEP用量與吸附率的關(guān)系

如圖 2所示，吸附率隨著CTMAB/SEP用量的增加而升高。由于隨CTMAB/SEP用量增加，吸附活性位點(diǎn)數(shù)增多；當(dāng)用量較少時(shí)，活性位點(diǎn)完全與 Pb2+接觸的機(jī)率增大，使單位質(zhì)量的吸附能力增強(qiáng)；而用量過多時(shí)，會引起CTMAB/SEP顆粒聚結(jié)，從而降低單位質(zhì)量的活性位點(diǎn)數(shù)，從而不利于Pb2+的吸附。

2.3 溶液pH與吸附率的關(guān)系

圖3 溶液pH與吸附率的關(guān)系

如圖3所示，吸附率隨pH值的升高而增大，但CTMAB/SEP受pH的影響較小。當(dāng)pH值為1～6時(shí)，CTMAB/SEP對Pb2+的吸附率隨pH值的升高緩慢增大，pH為6時(shí)達(dá)到最大，而天然海泡石的吸附率隨pH值的升高而增大的幅度較大。

2.4 吸附溫度與吸附率的關(guān)系

圖4 吸附溫度與吸附率的關(guān)系

如圖 4所示，吸附率隨著溫度的升高而降低。由于隨著吸附體系溫度的升高，可加速Pb2+的擴(kuò)散速度，分子運(yùn)動劇烈反而阻礙Pb2+吸附到活性吸附點(diǎn)，降低了吸附效果，不利于吸附反應(yīng)的進(jìn)行。

2.5 初始濃度與吸附率的關(guān)系

圖5 初始濃度與吸附率的關(guān)系

如圖5所示，改性海泡石對Pb2+的吸附率較穩(wěn)定，隨著Pb2+初始濃度變化較小。天然海泡石對Pb2+的吸附率隨著Pb2+初始濃度變化較大。由于海泡石用量一定的情況下，若溶液中Pb2+的濃度較低時(shí)，吸附過程主要是Pb2+從溶液中擴(kuò)散到吸附劑顆粒的外表面；當(dāng)Pb2+的濃度逐漸增大時(shí)，Pb2+的推動力也隨之增大，孔隙擴(kuò)散開始加強(qiáng)，吸附率增大；當(dāng)Pb2+的濃度較高時(shí)，吸附逐漸達(dá)到飽和，因此初始濃度增大吸附率減小。對于改性海泡石來說，其內(nèi)部的微孔結(jié)構(gòu)有很大改善，有利于孔隙擴(kuò)散的進(jìn)行，在不同濃度下都易達(dá)到吸附飽和；并且在經(jīng)過有機(jī)修飾后，其吸附方式主要是化學(xué)吸附，在相同溫度下，吸附反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，吸附率基本不受濃度影響。

3 結(jié) 論

天然海泡石經(jīng)酸化預(yù)處理和CTAB改性，所得改性海泡石，其內(nèi)部的微孔結(jié)構(gòu)有很大改善，有利于孔隙擴(kuò)散的進(jìn)行，易達(dá)到吸附飽和，經(jīng)過有機(jī)修飾后，其吸附方式主要是化學(xué)吸附。

CTAB改性海泡石對Pb2+的吸附不受初始濃度的影響、吸附率提高了50%、pH適應(yīng)范圍也得到了提高。因此，改性海泡石相對于天然海泡石而言，在重金屬Pb2+的吸附性能上具有明顯的優(yōu)勢。該研究還未進(jìn)入中試階段，有待于進(jìn)一步深入研究。該技術(shù)為海泡石大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

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Study on Modification Sepiolite and Adsorption Properties of Pb2+*

ZHANGCai-ling,NIUCheng,PANQin-he,WANGFu-xiang,ZHIXia

(Key Study Center of the National Ministry of Education for Tropical Resources Utilization, Department of Materials and Chemical Engineering, Hainan University, Hainan Haikou 570228, China)

Sepiolite was acidified with hydrochloric acid as a proton donor with the method of ion-exchange, then CTMAB was used to adorn sepiolite in order to obtain organically modified sepiolite. The impacts of adsorption time, adsorbent dosage, initial pH, adsorption temperature and the initial concentration of solution were discussed. The experimental results showed that adsorption of modified sepiolite increased by 50%, was not affected by the initial concentration of solution.

sepiolite; modified; adsorption properties; Pb2+

海南省自然科學(xué)基金( 20152025,214016)；海南省中西部高校提升綜合實(shí)力工作資金項(xiàng)目(01002015)；海南省高等學(xué)校科學(xué)研究專項(xiàng)(Hnkyzx2014-01)；海南省教育廳高校科研資助項(xiàng)目(Hnky2014-12)。 第一作者:張才靈(1973-)，女，講師，從事配合物的合成表征研究。

智霞，主要從事配合物的合成表征研究。

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A

1001-9677(2016)023-0073-03