海泡石改性及对Pb2+吸附性能研究*

张才灵，牛 成，潘勤鹤，王芙香，智 霞

(热带多糖资源利用教育部工程研究中心，海南大学材料化工学院应化系,海南 海口 570228)



海泡石改性及对Pb2+吸附性能研究*

张才灵，牛 成，潘勤鹤，王芙香，智 霞

(热带多糖资源利用教育部工程研究中心，海南大学材料化工学院应化系,海南 海口 570228)

采用离子交换法以盐酸作为质子供体对海泡石进行酸化处理，用CTMAB对其进行改性。探讨了改性海泡石用量、时间、pH、温度、初始浓度等对Pb2+吸附性能的影响。实验结果表明：经过酸处理和CTMAB改性海泡石对Pb2+的吸附率提高了50%，且不受初始浓度的影响。

海泡石；改性；吸附性能；Pb2+

铅(Pb2+)是当前环境存量最大的重金属污染元素，是生物体非必须的，并在生物体内富集，影响到种群、群落和生态系统的结构功能，破坏生态系统[1-2],通过抑制代谢而影响生物体的生命活动[3],也是最难控制的污染物[4-5]。

海泡石作为一种天然纤维状镁硅酸盐矿物,孔径为0.36×1.06 nm，依据其晶体结构模型计算，比表面积可达 800～900 m2/g[6]，具有三类吸附活性中心[7]与其它的吸附剂相比，由于其具有比表面积大、吸附性能好和离子交换能力强的特点[8-12]，并且价格低廉，储量丰富，加工处理工艺相对简单。通过对海泡石酸处理和有机物改性处理，应用于重金属废水污染乃至其它环境污染方面的治理[13-15]。目前的海泡石的改性主要有酸活化法[16]、离子交换活化法[17]、高温活化法[18]、有机改性[19]等，但这些研究还没有形成规模化生产，因此寻找具有投资少、处理效果好且无二次污染等优点的新技术，具有较为广泛的前景。

1 实 验

1.1 试剂和仪器

硝酸铅、盐酸、硝酸、氢氧化钠、六偏磷酸钠、十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)均为分析纯，购于国药集团化学试剂有限公司、海泡石(市售)、纯水(自制)。

TAS-990型原子吸收分光光度计，北京普析通用；SHA-C型恒温水浴振荡器，金坛市天竟实验；85-2A型磁力恒温搅拌器，天津市赛得利斯；DHG-9071A型电热恒温干燥箱，南北仪器；SHB-IIIS型真空泵，郑州长城仪器；AUY220型电子天平，日本岛津等。

1.2 CTMAB/SEP的制备

取10 g海泡石和纯水按照固液比1:20进行配比，常温下搅拌6 h，取上层悬浮液抽滤干燥。与1 mol/L盐酸按固液比为1:24混合均匀，搅拌24 h，抽滤并洗至中性，干燥后得到酸化海泡石。将酸化海泡石与6% 六偏磷酸钠按固液比为2:5混合均匀，磁力搅拌30min并超声分散30 min，加入1.0 g CTAB恒温搅拌反应12 h，抽滤洗涤。干燥至恒重，得到CTMAB/SEP成品。

1.3 Pb2+标准贮备液的配置

称取0.1600 g的Pb(NO3)2，加5 mL浓硝酸和50 mL纯水，待溶解后转移至1000 mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀，制得1000 mg/L Pb2+贮备液。

1.4 吸附实验

“读经典，做临床”已经成为中医高等教育的共识，在经典教学中《黄帝内经》是第一门经典课程，如何使学生热爱经典，热爱中医，带领学生走入经典学习的大门，是教师应该深入思索的问题。

不同浓度Pb2+溶液液均由Pb2+贮备液稀释配制，移取50.00 mL的Pb2+液于250 mL锥形瓶中，调节pH值，加入一定量改性海泡石或天然海泡石，置于恒温水浴振荡器中，按实验要求，改变实验条件，进行振荡吸附，离心分离，取上清液测定Pb2+的浓度，计算Pb2+的吸附率：

式中：η——吸附率，%C0——Pb(Ⅱ)液初始浓度，mg/LCe——吸附后Pb(Ⅱ)液浓度，mg/L

2 结果与讨论

2.1 CTMAB/SEP吸附时间与吸附率的关系

图1 CTMAB/SEP吸附时间与吸附率的关系

如图1所示，吸附的初始阶段，吸附剂对Pb2+的吸附量随时间延长而快速增大，CTMAB/SEP比天然海泡石吸附速度更快达到Pb2+吸附饱和的时间更短。这是由于吸附的初始阶段吸附主要发生在CTMAB/SEP表面，比较容易与Pb2+接触，因此吸附速度较快；随着反应进行，吸附剂表面逐渐饱和，随着Pb2+的扩散，吸附主要发生在其内部孔道，由于孔道限制了Pb2+的扩散，因此吸附的速率变慢。

2.2 CTMAB/SEP用量与吸附率的关系

图2 CTMAB/SEP用量与吸附率的关系

如图 2所示，吸附率随着CTMAB/SEP用量的增加而升高。由于随CTMAB/SEP用量增加，吸附活性位点数增多；当用量较少时，活性位点完全与 Pb2+接触的机率增大，使单位质量的吸附能力增强；而用量过多时，会引起CTMAB/SEP颗粒聚结，从而降低单位质量的活性位点数，从而不利于Pb2+的吸附。

2.3 溶液pH与吸附率的关系

图3 溶液pH与吸附率的关系

如图3所示，吸附率随pH值的升高而增大，但CTMAB/SEP受pH的影响较小。当pH值为1～6时，CTMAB/SEP对Pb2+的吸附率随pH值的升高缓慢增大，pH为6时达到最大，而天然海泡石的吸附率随pH值的升高而增大的幅度较大。

2.4 吸附温度与吸附率的关系

图4 吸附温度与吸附率的关系

如图 4所示，吸附率随着温度的升高而降低。由于随着吸附体系温度的升高，可加速Pb2+的扩散速度，分子运动剧烈反而阻碍Pb2+吸附到活性吸附点，降低了吸附效果，不利于吸附反应的进行。

2.5 初始浓度与吸附率的关系

图5 初始浓度与吸附率的关系

如图5所示，改性海泡石对Pb2+的吸附率较稳定，随着Pb2+初始浓度变化较小。天然海泡石对Pb2+的吸附率随着Pb2+初始浓度变化较大。由于海泡石用量一定的情况下，若溶液中Pb2+的浓度较低时，吸附过程主要是Pb2+从溶液中扩散到吸附剂颗粒的外表面；当Pb2+的浓度逐渐增大时，Pb2+的推动力也随之增大，孔隙扩散开始加强，吸附率增大；当Pb2+的浓度较高时，吸附逐渐达到饱和，因此初始浓度增大吸附率减小。对于改性海泡石来说，其内部的微孔结构有很大改善，有利于孔隙扩散的进行，在不同浓度下都易达到吸附饱和；并且在经过有机修饰后，其吸附方式主要是化学吸附，在相同温度下，吸附反应达到平衡时，吸附率基本不受浓度影响。

3 结 论

天然海泡石经酸化预处理和CTAB改性，所得改性海泡石，其内部的微孔结构有很大改善，有利于孔隙扩散的进行，易达到吸附饱和，经过有机修饰后，其吸附方式主要是化学吸附。

CTAB改性海泡石对Pb2+的吸附不受初始浓度的影响、吸附率提高了50%、pH适应范围也得到了提高。因此，改性海泡石相对于天然海泡石而言，在重金属Pb2+的吸附性能上具有明显的优势。该研究还未进入中试阶段，有待于进一步深入研究。该技术为海泡石大规模的工业化生产应用提供理论基础。

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Study on Modification Sepiolite and Adsorption Properties of Pb2+*

ZHANGCai-ling,NIUCheng,PANQin-he,WANGFu-xiang,ZHIXia

(Key Study Center of the National Ministry of Education for Tropical Resources Utilization, Department of Materials and Chemical Engineering, Hainan University, Hainan Haikou 570228, China)

Sepiolite was acidified with hydrochloric acid as a proton donor with the method of ion-exchange, then CTMAB was used to adorn sepiolite in order to obtain organically modified sepiolite. The impacts of adsorption time, adsorbent dosage, initial pH, adsorption temperature and the initial concentration of solution were discussed. The experimental results showed that adsorption of modified sepiolite increased by 50%, was not affected by the initial concentration of solution.

sepiolite; modified; adsorption properties; Pb2+

海南省自然科学基金( 20152025,214016)；海南省中西部高校提升综合实力工作资金项目(01002015)；海南省高等学校科学研究专项(Hnkyzx2014-01)；海南省教育厅高校科研资助项目(Hnky2014-12)。 第一作者:张才灵(1973-)，女，讲师，从事配合物的合成表征研究。

智霞，主要从事配合物的合成表征研究。

X524

A

1001-9677(2016)023-0073-03