银掺杂改性蒙脱土对苯酚吸附性能的研究

熊健 李伟 王鹏 白志勇 陈鹏 付昭浩

（西藏大学理学院 西藏拉萨 850000）

银掺杂改性蒙脱土对苯酚吸附性能的研究

熊健 李伟 王鹏 白志勇 陈鹏 付昭浩

（西藏大学理学院 西藏拉萨 850000）

文章制备了银掺杂十八烷基三甲基溴化铵改性蒙脱土(Ag/STAB-MMT)，研究了Ag/STAB-MMT对苯酚的吸附性能。结果表明，Ag/STAB-MMT对苯酚的吸附性能优于蒙脱土、STAB改性蒙脱土及银掺杂蒙脱土；在温度为20℃、pH=10.0、吸附时间为120m in的条件下，吸附剂用量为2.5g/L时银掺杂改性蒙脱土对对苯酚的吸附率最大。

银掺杂改性蒙脱土；苯酚；吸附率

蒙脱土因其独特的层状结构而具有吸附性能[1-2]，但天然蒙脱土表面具有亲水性，不利于在有机相中的分散及对有机物质的吸附。对天然蒙脱土进行掺杂改性，得到一系列掺杂/改性蒙脱土，将其应用到水中酚类物质的吸附，可以获得较大的吸附容量，充分利用了我国的自然资源，在水污染治理方面起到一定作用[3-8]。

苯酚是一种对自然环境危害大的有机污染物，特别对人类及动植物危害较大，对水中酚类物质的处理很有必要[9]。本实验利用十八烷基三甲基溴化铵（STAB）和银粒子对天然蒙脱土进行掺杂和改性，增强蒙脱土对水中苯酚的吸附性能。

1 实验仪器和试剂

仪器：扫描电镜（JSM-6510LV，日本JEOL公司）、PXRD(Rigaku ULTiMaIV，日本)、Inca X-Man能谱仪（英国Oxford公司）、紫外可见分光光度计（上海菁华仪器厂）、90-2型搅拌器（上海精科实业有限公司）、离心机（上海科析试验仪器厂）、PHS-2C型pH计（上海康仪）等。

药品：蒙脱土（分析纯，阿拉丁试剂有限公司）、苯酚（分析纯，阿拉丁试剂有限公司）、十八烷基三甲基溴化铵（分析纯，阿拉丁试剂有限公司）、硝酸银（分析纯，阿拉丁试剂有限公司）、硼氢化钠（分析纯，阿拉丁试剂有限公司）、氢氧化钠（分析纯，阿拉丁试剂有限公司）、盐酸（分析纯，阿拉丁试剂有限公司）。

2 实验方法

2.1 掺杂改性蒙脱土的制备

称取10g蒙脱土于100mL的烧杯中，分别加入0.2gSTAB和50mL去离子水，加热搅拌5h，用水离心洗涤后放入80℃烘箱烘干，烘干后取出研细，得到STAB-MMT。

称取5g STAB改性蒙脱土，加入50mL去离子水，搅拌30min，然后加入适量硝酸银溶液后搅拌2h，再加入一定量的硼氢化钠溶液搅拌2h，离心并自然烘干后研细，得到Ag/STAB-MMT。

2.2 掺杂改性蒙脱土的表征

用扫描电镜（SEM）法、X射线衍射（XRD）法和能谱（EDS）法对已制备好的掺杂改性蒙脱土进行表征。

2.3 掺杂改性蒙脱土对苯酚的吸附实验

2.3.1 苯酚标准曲线的绘制

首先找出苯酚的最大吸收波长为λmax=270nm。分别配制苯酚质量浓度为：2mg/L、4mg/L、8mg/L、12mg/L、16mg/L、20mg/L、24mg/L，利用紫外分光光度计分别测其吸光度，然后绘制标准曲线。

2.3.2 不同蒙脱土对苯酚吸附的对比

在20℃、pH为7.0时，分别取100mg蒙脱土（MMT）、STAB改性蒙脱土（STAB-MMT）、银掺杂蒙脱土（Ag-MMT）、银掺杂改性蒙脱土（Ag/STAB-MMT）对50mL 50mg/L的苯酚溶液进行不同时间的搅拌，离心后取上层清液，并进行吸光度测定，算出吸附率。

其中，P0为苯酚的初始质量浓度，P为吸附后苯酚的质量浓度，单位均为mg/L。

2.3.3 吸附剂用量对吸附率的影响测定

分别取25mg、75mg、100mg、125mg、175mg和225mg的Ag/STAB-MMT，在pH=7.00、室温下，对50mL50mg/L的苯酚溶液进行120min的搅拌，离心后取上层清液进行吸光度的测定，根据公式算出吸附率见公式（1）。

2.3.4 pH对吸附率的影响测定

取125mg的Ag/STAB-MMT，通过1mol/L盐酸和0.5mol/L的氢氧化钠对苯酚溶液进行pH的调节，对50mL50mg/L的苯酚溶液进行120min的搅拌，离心后取上层清液进行吸光度的测定，根据公式算出吸附率。

3 结果与讨论

3.1 银掺杂改性蒙脱土的表征结果

3.1.1 SEM表征结果

图1中的A、B、C、D分别为Ag-MMT、STAB-MMT、Ag/STAB-MMT、MMT的SEM图。通过对比可知，掺杂改性后的蒙脱土的层状结构未改变。

图1 不同蒙脱土的SEM图

3.1.2 XRD表征结果

用XRD对掺杂改性后的蒙脱土进行表征，结果如表1所示。说明了掺杂改性后的蒙脱土层间距有所增大。

表1 不同蒙脱土的XRD测试数据

3.1.3 EDS表征结果

图2a为银掺杂蒙脱土的EDS表征图、图2b为银掺杂改性蒙脱土的EDS表征图、图2c为蒙脱土的EDS表征图。通过EDS表征，表明银粒子掺杂成功。

图2 不同蒙脱土的EDS图

3.2 对苯酚吸附的实验结果

3.2.1 苯酚的标准曲线

如图3所示，苯酚的质量浓度与其吸光度呈线性关系，标准曲线方程为y=0.01157x-0.0316，相关系数R=0.997，标准曲线方程中y为吸光度A、x为苯酚的质量浓度。

图3 苯酚标准曲线图

3.2.2 影响苯酚吸附条件的实验测定结果

如图4中1为蒙脱土的曲线、2为STAB改性蒙脱土的曲线、3为Ag掺杂蒙脱土的曲线、4为银掺杂改性蒙脱土的曲线。如图所示，不同蒙脱土均在120min时对苯酚的吸附基本达到平衡，经对比得出Ag/ STAB-MMT对苯酚的吸附性能优于其它三种蒙脱土，因此将120min作为本实验的最佳吸附时间。

图4 吸附时间对苯酚吸附率的影像图

Ag/STAB-MMT的用量对苯酚吸附率的影响如图5所示。随着吸附剂用量的增多，对苯酚的吸附率不断增大，当Ag/STAB-MMT的用量为125mg时，苯酚吸附率的变化不明显。因此，本实验将Ag/STABMMT的用量选为2.5g/L。

图5 Ag/STAB-MM T的用量对吸附率的影响

图6 pH对吸附率的影响

pH的影响结果如图6所示。在溶液的pH=10.0时，Ag/STAB-MMT对苯酚的吸附率最大。pH为5～10范围内，苯酚的吸附率随pH增大呈增大趋势，其中pH为9～10时，苯酚吸附率幅度最大；pH为10时，达到最大，pH为10～11时，苯酚吸附率呈现明显降低趋势。分析其原因为苯酚的解离常数为1.1×10-10（pKa=9.96），当pH＜9.96时，苯酚主要以分子形式存在；pH＞9.96时，苯酚以离子形式存在；当pH＞10时，离子浓度增大，使苯酚吸附能力减弱[10]。

4 结论

制备了银掺杂改性蒙脱土，并通过SEM、XRD、EDS进行了表征，结果表明掺杂、改性成功。利用Ag/ STAB-MMT对苯酚进行吸附实验，找出了最佳吸附条件，即在20℃、pH=10.0，吸附时间为120min，Ag/ STAB-MMT用量为2.5g/L时对苯酚的吸附率最大。

[1]王静,桑俊利.改性蒙脱土吸附剂的制备及其表征[J].化学推进剂及高分子材料,2010,8(6)：17-21.

[2]杨勇,冉千平,毛永琳,等.蒙脱土对聚羧酸超塑化剂的吸附行为[J].建筑材料学报,2012,15(4)：464-468.

[3]朱利中,陈宝梁.有机膨润土及其在污染控制中的应用[M].北京：科学出版社,2006.

[4]杨瑞成,陈奎,傅公维.蒙脱土吸附季胺盐CTAB的动力学研究[J].功能材料,2007,38：3400-3403.

[5]张文豪,饶伟,张亚楠,等.镁铝双氢氧化物和镁铁铝改性蒙脱土去除水体中磷的吸附效果研究[J].农业环境科学学报,2011, 30(10)：2061-2067.

[6]杨性坤,袁亚东,李建喜.有机蒙脱土的制备及其对阳离子染料吸附性能研究[J].非金属矿,2012,35(2)：66-68.

[7]张晓涛,王喜明,薛振华,等.木质纤维素/蒙脱土纳米复合材料吸附水中Cd(Ⅱ)的研究[J].内蒙古农业大学学报(自然科学版),2014,35(5)：122-129.

[8]王野,吴小云,尹晓刚,等.季鏻盐改性蒙脱土对苯酚吸附性能的研究[J].贵州师范大学学报(自然科学版),2016,34(2)：89-92.

[9]任源,韦朝海,吴超飞,等.焦化废水水质组成及其环境学与生物学特性分析[J].环境科学学报,2007,27(7)：1094-1100.

[10]Zabka M,Minceva M,Rodrigues A E.Experimental and Modeling Study of Qdsorption in Preparative Monolithic Silica Column [J].Chemical Engineeringand Processing：Process Intensification,2006,45(2)：150-160.

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

[责任编辑：索郎桑姆]

2016-07-13

2015年度西藏大学国家级大学生创新创业训练项目“改性膨润土在废水处理中的应用研究”（项目号：201510694004）；2014年度西藏大学青年科研培育基金项目“掺杂/改性蒙脱土吸附水中酚类物质性能的研究”（项目号：ZDPJZK201401）阶段性成果。

熊健，女，汉族，河北唐山人，西藏大学理学院讲师，主要研究方向为材料化学。