复合改性蒙脱石的制备及对甲基橙吸附性能的研究

高 爽,孙 晶,刘可可，杨卫春,李 伟

(西藏大学 理学院，西藏 拉萨 850000)

随着全球工业的发展，带来经济迅速发展的同时，也对环境造成了不同程度的污染，常见有机污染物的存在，工业废水中含有的有机物，对人和环境也有着极大的危害，其中最常见的有机污染物之一是甲基橙[1-2]，甲基橙是工业生产中常用的染色剂，主要用于化学化工行业中。当水中甲基橙含量过高时，可威胁水中动物的生存，以及植物的生长，且有一定的毒性、致癌等作用[3-5]，都对环境有着较大的伤害，然而我国对污水处理的研究起步比较晚，技术的不足等因素，影响着我国城市的发展和居民对饮用水安全的需求[6]，其治理已成为全球环境工作急需解决的重难点问题之一。目前，在处理废水的研究中，蒙脱石是一种层状结构的硅酸盐类化合物，其特殊的结构，赋予了蒙脱石很多优越的性能，大的比表面积让蒙脱石有很好的吸附性能，同时在我国储量丰富、价格低、分布广、无毒污染小且造成的二次污染较小等优点，受到了广大研究人员的关注[7-9]。常见的对蒙脱石改性的方法包括：无机改性、有机改性、有机-无机复合改性，对蒙脱石进行无机改性，可选用部分无机盐的一种或多种，和蒙脱石内的阳离子进行交换，从而达到增大层间距的目的，无机改性后的蒙脱石对物质的吸附能力有显著提高，且具有较好的稳定性，对蒙脱石进行有机改性，常见的改性剂有季铵盐、CTAB等有机物，其中的有机阳离子可与蒙脱石内的阳离子发生交换，可以扩大蒙脱石之间的层间距，使蒙脱石由亲水性转化为疏水性，增强了对有机污染物的吸附能力。有机-无机复合改性，可结合两者的优点，不仅提高了对有机污染物的吸附率，也提高了对其他物质的吸附能力，在处理工业废水方面有着较好的前景[10]。使用不同的改性剂对蒙脱石进行改性，可得到不同的结果，可根据科研的需要，对蒙脱石进行不同的改性处理，满足不同行业需求。因此本实验以CTAB和三氯化铁作为改性剂，探究其对甲基橙的吸附能力。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

十六烷基三甲基溴化铵(成都市科龙化工试剂厂)；甲基橙(天津市化学科技一厂)；蒙脱石(上海精科实业有限公司)，三氯化铁(福晨(天津)化学试剂有限公司)；722 N可见分光光度计(上海箐华科技仪器有限公司)；0.1 mg电子分析天平(上海上平仪器公司)。

1.2 复合改性蒙脱石的制备

准确称取6.0009 g的蒙脱石于烧杯中，加水搅拌50 min待用；称取CTAB(十六烷基三甲基溴化铵) 1.500 g(364.45 g/mol)于烧杯，溶解搅拌均匀(CTAB的浓度为C1=0.0103 mol/L)，待用；然后称取三氯化铁2.0003 g于烧杯中，加入蒸馏水，搅拌均匀，待用(三氯化铁的浓度为C2=0.0185 mol/L)；先将有机改性剂加入蒙脱石溶液中，搅拌50 min后，再将配置好的无机改性剂加入到有机改性后的蒙脱石溶液中，搅拌50 min，静置24 h，用真空泵对改性蒙脱石进行抽滤，再用蒸馏水进行洗涤，直到向滤液中加入少许硝酸银溶液，滤液澄清为止，此时证明复合改性蒙脱石已洗涤干净。把洗涤过后的复合改性蒙脱石放入恒温干燥箱中进行干燥，然后研磨，可得到复合改性的蒙脱石粉末，装入密封袋中备用。

1.3 标准曲线的绘制

用蒸馏水配制质量浓度为8 mg/L甲基橙的溶液，再用可见分光光度计测定其吸光度，随着光波长的增加，甲基橙稀溶液的吸光度逐渐升高，当波长达到448 nm时，吸光度达到最大值0.714，其最大吸收波长为448 nm。

配制1、2、4、8、16 mg/L的不同质量浓度的甲基橙溶液，在波长为448 nm的条件下，用722 N可见分光光度计分别测定浓度的吸收度，记录实验数据，根据实验数据绘制出甲基橙的标准曲线如图1，相关系数R2>0.99，线性关系较好，可根据此标准曲线进行数据计算浓度、吸光度，从而进一步计算吸附率，吸附率=(溶液中甲基橙的初始质量浓度-改性蒙脱石吸附后溶液中甲基橙的质量浓度)/溶液中甲基橙的初始质量浓度，单位都为mg/L。

图1 甲基橙C与A标准曲线

1.4 复合改性蒙脱石对甲基橙最佳吸附条件的探究

1.4.1 最佳吸附时间

准确称取6份50 mg的复合改性后的蒙脱石于烧杯中，分别用25 mL的移液管移取6份浓度为32 mg/L的甲基橙溶液于各个烧杯中，温度为20℃，依次搅拌15，30，45，60，75，90，105 min，然后离心3 min，取各自上清液，在波长为448 nm的条件下，测其对应的吸光度，并记录实验数据，算出相应的吸附率，见图2，吸附率是先增后降趋势，最佳吸附时间为75 min。

图2 时间与吸附率关系

1.4.2 甲基橙浓度对吸附率的影响

准确称取复合改性蒙脱石50 mg于5个烧杯中，分别用蒸馏水配制质量浓度64，32，16，8，4 mg/L的甲基橙溶液，用25 mL的移液管分别移取不同质量浓度的甲基橙溶液，分别倒入5个烧杯中，室温下搅拌75 min，用离心机进行离心3 min，在波长为448 nm的条件下，可见分光光度计测定相应的吸光度，计算出对应的吸附率，关系如图3所示，甲基橙浓度从4 mg/L到32 mg/L范围内，吸附率先减小后增大，当甲基橙浓度为32 mg/L时，复合改性蒙脱石对甲基橙的吸附率达到最大值为96.34 %。

图3 甲基橙浓度与吸附率关系

1.4.3 固液比对吸附率的影响

用25 mL的移液管分别移取32 mg/L的甲基橙溶液于八个烧杯中，分别准确称取复合改性后的蒙脱石40、80、120、160、200、240、280、320 mg，置于八个盛有32 mg/L甲基橙溶液的烧杯中，搅拌75 min后，离心3 min，取上清液，测其各自的吸光度，计算吸附后的吸附率，固液比与吸附率的关系图如图4所示，当改性蒙脱石的质量达到160 mg之后，复合改性蒙脱石对甲基橙的吸附率基本稳定都，复合改性蒙脱石的最佳固液比为6.4∶1。

图4 固液比与吸附率关系

1.4.4 对比实验

分别准确称取160 mg的复合改性蒙脱石和未改性原蒙脱石于两个烧杯中，各移取25 mL甲基橙溶液(32 mg/L)，搅拌75 min，离心3 min，取其上清液，在波长为448 nm的条件下，用722 N可见分光光度计测其各自的吸光度，计算出吸附率分别为97.96%、57.41%，复合改性蒙脱石相对于未改性的蒙脱石对甲基橙的吸附率有明显的提高。

2 结论

本实验通过对蒙脱石用CTAB进行有机改性(CTAB的浓度为C1=0.0103 mol/L)，三氯化铁对其进行无机改性(三氯化铁的浓度为C2=0.0185 mol/L)，得到有机-无机复合改性的蒙脱石材料，当固液比为6.4∶1，对浓度为32 mg/L甲基橙左右75 min效果最佳，吸附率为97.96%，相对于同等条件下的未改性的蒙脱石吸附率仅为57.41%，效果有很大的提高，在水处理方面有着一定的实际运用前景。