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，地球科學與技術學院，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，對污染物質有著極強的吸附作用，在達到吸附飽和之前，對污染物質的凈化功能十分顯著，使其在填埋場污染防治與水環境修復領域中發揮著獨特作用。以天然黏土材料為主要原料制作的防滲襯墊，土工膜具有優異的抗老化性能，幾乎能實現永久的防水性能，且具有一定的自我修復性能，2mm 縫隙能自我修復，鋪設安裝相對簡單，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的有效辦法，以廣泛用于測定分配系數、研究吸附動力學等方面。本文的研究方法就是建立在Batch 方法基礎上進行。

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 下的結構，如圖1。

圖1 Mag=3.0KX 時土樣結構圖

然后是煙堿標準儲備液的配制，吸取煙堿2μL 至裝5mL 水的50mL 容量瓶中，用蒸餾水稀釋至標線，再取上述溶液5mL 至50mL 容量瓶中，再用蒸餾水稀釋至標線，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（水土質量比為100∶1），搖勻編號，重復操作三次；A 組放到25℃恒溫振蕩器中振蕩24h，B 組在常溫環境下放置24h，C 組先放到25℃恒溫振蕩器振蕩12h，后將溫度調成35℃繼續振蕩12h。將混合溶液轉入離心機，以3500r/min 的轉速離心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。

比較計算值發現，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，相比現實膨潤土的吸附環境時長存在不足。改進試驗，設置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的機會，但吸附占主導作用，故吸附量會逐漸減少。可證明煙堿在膨潤土顆粒之間的吸附機理主要通過礦物質表面吸附作用來是實現，且全程伴有解吸的現象，故不穩定。

吸附試驗結束，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構，吸附后膨潤土的表面特性發生變化，孔隙結構有所改善，外形輪廓柔和，連續性加強。但由于未經改性的鈉基膨潤土是親水性物質，對煙堿的吸附效果并不理想，故吸附量有限也不穩定。

2 結論

1）以煙堿溶液為吸附質，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的表面吸附作用來實現的，作用力較弱，吸附效果較差。

2）未經改性的天然鈉基膨潤土對煙堿的吸附效果并不理想，吸附量有限且不穩定。