一種改性凹凸棒土復(fù)合材料的研究

滕福康

（西北民族大學(xué)化工學(xué)院，甘肅 蘭州 730124）

工業(yè)有機(jī)廢水的處理一直以來(lái)是人們關(guān)注的重點(diǎn)。有機(jī)廢水在環(huán)境中具有持久性和擴(kuò)散性，其能在水環(huán)境中長(zhǎng)期持久停留，同時(shí)也有很強(qiáng)的擴(kuò)散能力，會(huì)由食物鏈擴(kuò)散到生物體內(nèi)從而導(dǎo)致嚴(yán)重的危害，還容易擴(kuò)散到土壤環(huán)境中造成污染，還對(duì)大氣環(huán)境造成嚴(yán)重的影響[1]。而利用傳統(tǒng)生物技術(shù)處理廢水的工藝處理難降解有機(jī)物處理效果不盡如人意，原因在于微生物容易中毒失去活性，新陳代謝減慢，難以利用。有機(jī)廢水成分復(fù)雜，生物毒性強(qiáng)。結(jié)構(gòu)復(fù)雜的芳香族化合物可通過(guò)呼吸道、皮膚等多種接觸途徑進(jìn)入人體，產(chǎn)生的直接后果就是它會(huì)與人體中的蛋白質(zhì)反應(yīng)致其失活，對(duì)人體器官產(chǎn)生毒害作用。

其中，酚類有機(jī)物排放量大，如不經(jīng)過(guò)處理將造成嚴(yán)重的水體污染，導(dǎo)致水資源短缺。以苯酚為例，其為結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單且最常見的酚類化合物，苯酚廣泛的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，低濃度苯酚長(zhǎng)時(shí)間接觸可抑制中樞神經(jīng)且損害肝腎功能，高濃度苯酚可致頭疼肺部水腫等癥狀[2]。

凹凸棒土是一種儲(chǔ)存量大的水合金屬鹽黏土礦物，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)凹凸棒土探明儲(chǔ)量已將近7000萬(wàn)噸。凹凸棒土具有獨(dú)特的晶體孔結(jié)構(gòu)和大比表面積，而且空間流變性和熱穩(wěn)定性良好，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中[3]。凹凸棒土自身的晶體結(jié)構(gòu)不會(huì)隨反應(yīng)的進(jìn)行而發(fā)生明顯的改變，當(dāng)吸附反應(yīng)發(fā)生時(shí)，凹凸棒土表面的金屬離子可以使催化速度加快。凹凸棒土不但可以提供異相催化反應(yīng)所需要的微孔和表面特征，還可以將新產(chǎn)生的酸堿協(xié)同催化作用。凹凸棒土儲(chǔ)量豐富且廉價(jià)，在環(huán)保領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景。

本實(shí)驗(yàn)將以凹凸棒土和玉米秸稈為原料制備，制備凹凸棒土復(fù)合材料，進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男裕员椒訛樘幚韺?duì)象，探究其性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑與儀器

凹凸棒土（常州榮奧化工新材料有限公司）、玉米秸稈（取自甘肅榆中縣），濃鹽酸、苯酚等均為分析純，電阻爐、干燥箱、恒溫磁力攪拌器、分光光度計(jì)等。

1.2 凹凸棒土復(fù)合材料的制備

取適量的玉米秸稈磨碎后放入電阻爐中，高溫?zé)峤?h后取出，去離子水洗凈后干燥備用。另稱取適量的凹凸棒土試樣，100℃的條件下烘干備用。將上述兩種試樣按照1∶1的質(zhì)量比加入到盛有50mL蒸餾水的燒杯中，置于恒溫磁力攪拌器上3h，干燥后研磨過(guò)篩備用。攪拌過(guò)程中滴加1mol/L的鹽酸10mL，重復(fù)上述步驟即可得到改性凹凸棒土復(fù)合材料。

1.3 苯酚標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制與苯酚含量的測(cè)定

配制一系列苯酚標(biāo)準(zhǔn)溶液，利用分光光度計(jì)測(cè)出相應(yīng)數(shù)值，然后繪制出苯酚標(biāo)準(zhǔn)曲線。取0.10g吸附劑加入到含有20mL濃度為10mg/L的苯酚溶液中，用保鮮膜封口后恒溫振蕩3h，取上清液測(cè)定吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線即可計(jì)算出相應(yīng)的數(shù)值。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同凹凸棒土組成對(duì)苯酚的去除影響

分別取單一凹凸棒土、復(fù)合凹凸棒土、改性復(fù)合凹凸棒土為吸附劑來(lái)處理苯酚溶液，比較不同凹凸棒土組成吸附性能的差異，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1。

圖1 不同凹凸棒土組成對(duì)苯酚的去除影響

結(jié)果表明，單一凹凸棒土對(duì)苯酚的去除率最低，改性后復(fù)合凹凸棒土對(duì)苯酚的去除率最高，達(dá)到70.6%，是單一凹凸棒土吸附效率的3倍之多。在研究的苯酚濃度范圍內(nèi)，復(fù)合凹凸棒土對(duì)苯酚的吸附為單分子層表面吸附，通過(guò)有機(jī)改性的凹凸棒土表面背負(fù)載大量的有機(jī)基團(tuán)，親有機(jī)性得到了大幅度提高；隨著H+對(duì)溶液慢慢地滲透，凹凸棒土表面的陽(yáng)離子隨之被取代，與Si-0結(jié)合，構(gòu)成Si-OH，當(dāng)凹凸棒黏土的八面體中陽(yáng)離子被完全析出之前，凹凸棒黏土仍保持著原來(lái)的晶體結(jié)構(gòu)。即凹凸棒黏土經(jīng)過(guò)的酸化后，礦物聚集體發(fā)生了解離，顆粒間雜質(zhì)膠結(jié)物和碳酸鹽礦物發(fā)生了分解，而且能夠置換陽(yáng)離子，能夠疏通孔道和增加比表面積，因而對(duì)苯酚等有機(jī)污染物的吸附性能變強(qiáng)。

2.2 溫度對(duì)改性復(fù)合凹凸棒土去除苯酚的影響

為了探究溫度對(duì)吸附劑吸附性能的影響，本實(shí)驗(yàn)選取 10、15、20、20、25、30、35、40℃進(jìn)行研究。結(jié)果見圖2。

圖2 溫度對(duì)改性復(fù)合凹凸棒土去除苯酚的影響

圖2表明，隨著穩(wěn)定的升高，改性復(fù)合凹凸棒土的吸附量在增加，但是超過(guò)30℃之后，吸附量有所下降，因?yàn)榘纪拱敉恋奈竭^(guò)程是一個(gè)放熱過(guò)程，溫度過(guò)高反而不利于反應(yīng)的進(jìn)行。