淀粉改性膨潤土對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的手段，但是處理效果不好，而且運營成本也是相當的高。所以尋找廉價、易得、處理效果好的凈化材料是現在污水處理以及水資源再生利用事現在的研究熱點之一[1-2]。復合改性膨潤土是利用了膨潤土的吸水性和離子交換能力，有機離子可以與晶層中的陽離子發生離子交換，生成有機基團覆蓋在膨潤土的表面，形成穩定的改性產物。改性有機膨潤土最大的特點就是：層間距大，疏水性強，對有機物有良好的吸附作用[3-4]。本文通過自制的改性膨潤土探索了不同因素下對重金屬 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（金壇市鑫諾實驗儀器廠）、SHA-B 型恒溫震蕩器（同華企業）、DHG-9108A 型電熱恒溫鼓風干燥箱（上海精密實驗設備有限公司）、SHZ-DIII 循環水真空泵（鄭州市亞榮儀器有限公司）、TGL-16 高速離心機（鞏義市英峪予華儀器廠）、UV754 紫外可見分光光度計（上海精密科學儀器有限公司）、萬分之一天平（北京賽多利斯儀器系統有限公司）、WFX-120 原子吸收分光光度計（北京瑞利分析儀器公司）JSM-6701F 冷場發射型掃描電鏡;Vector 22 傅利葉變換紅外光譜儀。

1.2試劑

鈉基膨潤土（SMB）（CEC 為 1.0266 ?mol/kg）為市售產品，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.實驗方法

2.1改性土制備

將市售鈉基膨潤土在干燥箱中于 350℃下烘干 4 小時[1，5]，靜置冷卻，后稱取 10.0 g 膨潤土，加入與膨潤土陽離子交換量（CEC）相當的十六烷基三甲基溴化銨（3.7770 g）[6-7]和一定量的可溶性淀粉，溶解于 400 ml 蒸餾水中形成復合改性劑。在 25 ℃下恒溫攪拌 24 h，然后進行抽濾，在 60 ℃下烘干，研磨，過 200 目篩，制得一系列的改性膨潤土。

2.2模擬污水的配制及吸附實驗

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 的標準液[8]，稱取 1.0 g 鈉基膨潤土和改性土于 100 mL 錐形瓶中，并加入不同濃度的標準液 30mL，旋緊瓶塞，在 25℃下于搖床中震蕩 8 小時，后取出離心分離，吸取上層清夜，用蒸餾水做參比，用紫外分光光度計于 270nm 波長下測定苯酚含量;用火焰原子吸收光度計測定鎘離子含量，計算模擬污水中苯酚，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準濃度。

2.3土吸附后的后期處理

將吸附后的土取出，在蒸發皿中于 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，后靜置 12 小時，測量鎘離子的濃度。

4結果與討論

4.1改性膨潤土的結構表征

圖 1 為天然鈉基膨潤土原土與 淀粉、CTAB 復合改性膨潤土的 FT-IR 圖。與原土的 FT-IR 光譜比較發現 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 伸縮振動吸收峰均有不同程度的減弱，可能是由于進入膨潤土層間的淀粉與這些金屬發生了配位的緣故，2854 cm-1 和 2924 cm-1 處的-CH2 基團中 H-C-H 的對稱和反對稱伸縮振動吸收峰。由此可以推斷 CTAB 也有效地進入了膨潤土層間。

4.2改性劑加量

4.2.1不同改性劑加量對苯酚吸附效果影響

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

4.2.2不同改性劑加量對鎘離子吸附效果影響

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

4.3吸附時間影響

4.3.1吸附時間對苯酚的影響

由圖 4 可知當吸附時間為 4 小時后，吸附量基本區域穩定，但吸附時間為 2 小時時，苯酚含量較小時多，吸附量還沒有達到飽和。

4.3.2吸附時間對鎘離子的影響

從圖 5 中可以看出，改性土在吸附時間不同時，對鎘離子的吸附量也不相同，在震蕩 2 小時中，對鎘離子的吸附量相對較少，而過 4 小時后，改性土對鎘離子的吸附量則變化不大。

5結論

實驗結果表明，該種復合改性膨潤土對苯酚和銅離子的吸收效果遠遠好于天然鈉基膨潤土。在采用淀粉加量為 0.5 g 的改性膨潤土吸附苯酚，吸附在 4 個小時，對苯酚的吸附率可達 70%，對鎘離子的吸附量可以達到 95%。

參考文獻

[1]徐媛媛. 改性膨潤土吸附重金屬離子的研究與應用進展[J]. ?工業水處理，2009.5，第 29 卷第 5 期.

[2]熊慕慕. 2008.我國膨潤土礦資源及發展方向. 洛陽師范學院學報，3：183-186

[3]潘慧，何廣平，吳宏海. 表面活性劑在膨潤土改性中的應用與發展前景[J]. 日用化學工業，2007.8. 第 37卷第 4 期.

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