熊健 李偉 王鵬 白志勇 陳鵬 付昭浩
(西藏大學理學院 西藏拉薩 850000)
銀摻雜改性蒙脫土對苯酚吸附性能的研究
熊健 李偉 王鵬 白志勇 陳鵬 付昭浩
(西藏大學理學院 西藏拉薩 850000)
文章制備了銀摻雜十八烷基三甲基溴化銨改性蒙脫土(Ag/STAB-MMT),研究了Ag/STAB-MMT對苯酚的吸附性能。結果表明,Ag/STAB-MMT對苯酚的吸附性能優于蒙脫土、STAB改性蒙脫土及銀摻雜蒙脫土;在溫度為20℃、pH=10.0、吸附時間為120m in的條件下,吸附劑用量為2.5g/L時銀摻雜改性蒙脫土對對苯酚的吸附率最大。
銀摻雜改性蒙脫土;苯酚;吸附率
蒙脫土因其獨特的層狀結構而具有吸附性能[1-2],但天然蒙脫土表面具有親水性,不利于在有機相中的分散及對有機物質的吸附。對天然蒙脫土進行摻雜改性,得到一系列摻雜/改性蒙脫土,將其應用到水中酚類物質的吸附,可以獲得較大的吸附容量,充分利用了我國的自然資源,在水污染治理方面起到一定作用[3-8]。
苯酚是一種對自然環境危害大的有機污染物,特別對人類及動植物危害較大,對水中酚類物質的處理很有必要[9]。本實驗利用十八烷基三甲基溴化銨(STAB)和銀粒子對天然蒙脫土進行摻雜和改性,增強蒙脫土對水中苯酚的吸附性能。
儀器:掃描電鏡(JSM-6510LV,日本JEOL公司)、PXRD(Rigaku ULTiMaIV,日本)、Inca X-Man能譜儀(英國Oxford公司)、紫外可見分光光度計(上海菁華儀器廠)、90-2型攪拌器(上海精科實業有限公司)、離心機(上??莆鲈囼瀮x器廠)、PHS-2C型pH計(上??祪x)等。
藥品:蒙脫土(分析純,阿拉丁試劑有限公司)、苯酚(分析純,阿拉丁試劑有限公司)、十八烷基三甲基溴化銨(分析純,阿拉丁試劑有限公司)、硝酸銀(分析純,阿拉丁試劑有限公司)、硼氫化鈉(分析純,阿拉丁試劑有限公司)、氫氧化鈉(分析純,阿拉丁試劑有限公司)、鹽酸(分析純,阿拉丁試劑有限公司)。
2.1 摻雜改性蒙脫土的制備
稱取10g蒙脫土于100mL的燒杯中,分別加入0.2gSTAB和50mL去離子水,加熱攪拌5h,用水離心洗滌后放入80℃烘箱烘干,烘干后取出研細,得到STAB-MMT。
稱取5g STAB改性蒙脫土,加入50mL去離子水,攪拌30min,然后加入適量硝酸銀溶液后攪拌2h,再加入一定量的硼氫化鈉溶液攪拌2h,離心并自然烘干后研細,得到Ag/STAB-MMT。
2.2 摻雜改性蒙脫土的表征
用掃描電鏡(SEM)法、X射線衍射(XRD)法和能譜(EDS)法對已制備好的摻雜改性蒙脫土進行表征。
2.3 摻雜改性蒙脫土對苯酚的吸附實驗
2.3.1 苯酚標準曲線的繪制
首先找出苯酚的最大吸收波長為λmax=270nm。分別配制苯酚質量濃度為:2mg/L、4mg/L、8mg/L、12mg/L、16mg/L、20mg/L、24mg/L,利用紫外分光光度計分別測其吸光度,然后繪制標準曲線。
2.3.2 不同蒙脫土對苯酚吸附的對比
在20℃、pH為7.0時,分別取100mg蒙脫土(MMT)、STAB改性蒙脫土(STAB-MMT)、銀摻雜蒙脫土(Ag-MMT)、銀摻雜改性蒙脫土(Ag/STAB-MMT)對50mL 50mg/L的苯酚溶液進行不同時間的攪拌,離心后取上層清液,并進行吸光度測定,算出吸附率。
其中,P0為苯酚的初始質量濃度,P為吸附后苯酚的質量濃度,單位均為mg/L。
2.3.3 吸附劑用量對吸附率的影響測定
分別取25mg、75mg、100mg、125mg、175mg和225mg的Ag/STAB-MMT,在pH=7.00、室溫下,對50mL50mg/L的苯酚溶液進行120min的攪拌,離心后取上層清液進行吸光度的測定,根據公式算出吸附率見公式(1)。
2.3.4 pH對吸附率的影響測定
取125mg的Ag/STAB-MMT,通過1mol/L鹽酸和0.5mol/L的氫氧化鈉對苯酚溶液進行pH的調節,對50mL50mg/L的苯酚溶液進行120min的攪拌,離心后取上層清液進行吸光度的測定,根據公式算出吸附率。
3.1 銀摻雜改性蒙脫土的表征結果
3.1.1 SEM表征結果
圖1中的A、B、C、D分別為Ag-MMT、STAB-MMT、Ag/STAB-MMT、MMT的SEM圖。通過對比可知,摻雜改性后的蒙脫土的層狀結構未改變。
圖1 不同蒙脫土的SEM圖
3.1.2 XRD表征結果
用XRD對摻雜改性后的蒙脫土進行表征,結果如表1所示。說明了摻雜改性后的蒙脫土層間距有所增大。
表1 不同蒙脫土的XRD測試數據
3.1.3 EDS表征結果
圖2a為銀摻雜蒙脫土的EDS表征圖、圖2b為銀摻雜改性蒙脫土的EDS表征圖、圖2c為蒙脫土的EDS表征圖。通過EDS表征,表明銀粒子摻雜成功。
圖2 不同蒙脫土的EDS圖
3.2 對苯酚吸附的實驗結果
3.2.1 苯酚的標準曲線
如圖3所示,苯酚的質量濃度與其吸光度呈線性關系,標準曲線方程為y=0.01157x-0.0316,相關系數R=0.997,標準曲線方程中y為吸光度A、x為苯酚的質量濃度。
圖3 苯酚標準曲線圖
3.2.2 影響苯酚吸附條件的實驗測定結果
如圖4中1為蒙脫土的曲線、2為STAB改性蒙脫土的曲線、3為Ag摻雜蒙脫土的曲線、4為銀摻雜改性蒙脫土的曲線。如圖所示,不同蒙脫土均在120min時對苯酚的吸附基本達到平衡,經對比得出Ag/ STAB-MMT對苯酚的吸附性能優于其它三種蒙脫土,因此將120min作為本實驗的最佳吸附時間。
圖4 吸附時間對苯酚吸附率的影像圖
Ag/STAB-MMT的用量對苯酚吸附率的影響如圖5所示。隨著吸附劑用量的增多,對苯酚的吸附率不斷增大,當Ag/STAB-MMT的用量為125mg時,苯酚吸附率的變化不明顯。因此,本實驗將Ag/STABMMT的用量選為2.5g/L。
圖5 Ag/STAB-MM T的用量對吸附率的影響
圖6 pH對吸附率的影響
pH的影響結果如圖6所示。在溶液的pH=10.0時,Ag/STAB-MMT對苯酚的吸附率最大。pH為5~10范圍內,苯酚的吸附率隨pH增大呈增大趨勢,其中pH為9~10時,苯酚吸附率幅度最大;pH為10時,達到最大,pH為10~11時,苯酚吸附率呈現明顯降低趨勢。分析其原因為苯酚的解離常數為1.1×10-10(pKa=9.96),當pH<9.96時,苯酚主要以分子形式存在;pH>9.96時,苯酚以離子形式存在;當pH>10時,離子濃度增大,使苯酚吸附能力減弱[10]。
制備了銀摻雜改性蒙脫土,并通過SEM、XRD、EDS進行了表征,結果表明摻雜、改性成功。利用Ag/ STAB-MMT對苯酚進行吸附實驗,找出了最佳吸附條件,即在20℃、pH=10.0,吸附時間為120min,Ag/ STAB-MMT用量為2.5g/L時對苯酚的吸附率最大。
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Study on phenol-absorptivity ofsilver-dopedmodifiedmontmorillonite
Xiong Jian LiWei Wang Peng BaiZhi-yong Chen Peng Fu Zhao-hao
(SchoolofScience,TibetUniversity,Lhasa 850000,Tibet)
In this paper,we have studied phenol-absorptivity of silver-doped octadecyl trimethyl ammonium bromide(STAB)modifiedmontmorillonite(Ag/STAB-MMT)which was prepared in laboratory based on the standardmethod.The resultshows that the phenol-absorptivity of Ag/STAB-MMTwas higher thanmontmorillonite, STABmodifiedmontmorillonite and silver-dopedmontmorillonite.Itwas found that the phenol-absorptivity of Ag/STAB-MMT had the highest value at the conditions for which the concentration of substance was 2.5g/L, time duration forabsorptionwas120min,and temperaturewas20℃with pH of10.
Ag/STABMMT;phenol;absorptivity
10.16249/j.cnki.54-1034/c.2016.02.019
X832
A
1005-5738(2016)02-117-006
[責任編輯:索郎桑姆]
2016-07-13
2015年度西藏大學國家級大學生創新創業訓練項目“改性膨潤土在廢水處理中的應用研究”(項目號:201510694004);2014年度西藏大學青年科研培育基金項目“摻雜/改性蒙脫土吸附水中酚類物質性能的研究”(項目號:ZDPJZK201401)階段性成果。
熊健,女,漢族,河北唐山人,西藏大學理學院講師,主要研究方向為材料化學。