淀粉改性膨润土对镉离子及苯酚的吸附研究

李振宇 李生辉 蔣能佳

1.引言

目前国内处理污水主要是采用的是生化处理方法，还有一些也采用了化学的手段，但是处理效果不好，而且运营成本也是相当的高。所以寻找廉价、易得、处理效果好的净化材料是现在污水处理以及水资源再生利用事现在的研究热点之一[1-2]。复合改性膨润土是利用了膨润土的吸水性和离子交换能力，有机离子可以与晶层中的阳离子发生离子交换，生成有机基团覆盖在膨润土的表面，形成稳定的改性产物。改性有机膨润土最大的特点就是：层间距大，疏水性强，对有机物有良好的吸附作用[3-4]。本文通过自制的改性膨润土探索了不同因素下对重金属 Cd2+ 离子、苯酚的吸收能力。

1.仪器与试剂

1.1仪器

79-HW-1 型恒温磁力搅拌器（金坛市鑫诺实验仪器厂）、SHA-B 型恒温震荡器（同华企业）、DHG-9108A 型电热恒温鼓风干燥箱（上海精密实验设备有限公司）、SHZ-DIII 循环水真空泵（郑州市亚荣仪器有限公司）、TGL-16 高速离心机（巩义市英峪予华仪器厂）、UV754 紫外可见分光光度计（上海精密科学仪器有限公司）、万分之一天平（北京赛多利斯仪器系统有限公司）、WFX-120 原子吸收分光光度计（北京瑞利分析仪器公司）JSM-6701F 冷场发射型扫描电镜;Vector 22 傅利叶变换红外光谱仪。

1.2试剂

钠基膨润土（SMB）（CEC 为 1.0266  mol/kg）为市售产品，淀粉（分析纯），苯酚（分析纯），十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），硫酸镉（分析纯），硫氰酸钾（分析纯）。

2.实验方法

2.1改性土制备

将市售钠基膨润土在干燥箱中于 350℃下烘干 4 小时[1，5]，静置冷却，后称取 10.0 g 膨润土，加入与膨润土阳离子交换量（CEC）相当的十六烷基三甲基溴化铵（3.7770 g）[6-7]和一定量的可溶性淀粉，溶解于 400 ml 蒸馏水中形成复合改性剂。在 25 ℃下恒温搅拌 24 h，然后进行抽滤，在 60 ℃下烘干，研磨，过 200 目筛，制得一系列的改性膨润土。

2.2模拟污水的配制及吸附实验

称取 1.8732 g 硫酸镉和 1.0101 g 苯酚，配制成 1 g/L 模拟污水制备液，再配制浓度梯度为 25、50、75、100、150、200 mg/L 的标准液[8]，称取 1.0 g 钠基膨润土和改性土于 100 mL 锥形瓶中，并加入不同浓度的标准液 30mL，旋紧瓶塞，在 25℃下于摇床中震荡 8 小时，后取出离心分离，吸取上层清夜，用蒸馏水做参比，用紫外分光光度计于 270nm 波长下测定苯酚含量;用火焰原子吸收光度计测定镉离子含量，计算模拟污水中苯酚，镉离子的去除率[9-13]。

去除率=（1-Ce/C0）×100%

其中，Ce 为吸附后溶液中的离子浓度，C0 为加入改性土前模拟污水的标准浓度。

2.3土吸附后的后期处理

将吸附后的土取出，在蒸发皿中于 60 ℃烘干，后称取 1 g 吸附后的土于锥形瓶中，加入一定量的硫氰酸钾，于 20 mL 水中震荡 2 小时，后静置 12 小时，测量镉离子的浓度。

4结果与讨论

4.1改性膨润土的结构表征

图 1 为天然钠基膨润土原土与 淀粉、CTAB 复合改性膨润土的 FT-IR 图。与原土的 FT-IR 光谱比较发现 DDTC-CTAB-SMB 的红外光谱中原先位于 519 cm-1、1033 cm-1 等处的 Si-O-M 伸缩振动吸收峰均有不同程度的减弱，可能是由于进入膨润土层间的淀粉与这些金属发生了配位的缘故，2854 cm-1 和 2924 cm-1 处的-CH2 基团中 H-C-H 的对称和反对称伸缩振动吸收峰。由此可以推断 CTAB 也有效地进入了膨润土层间。

4.2改性剂加量

4.2.1不同改性剂加量对苯酚吸附效果影响

如图 2 所示为不同加量对模拟污水中苯酚的去除率，其中加入 0.5g 淀粉进行改性的改性土对苯酚的去除率最好，可以达到 70%，随着苯酚量的增加吸附量也在逐渐增大，当浓度大于 150mg/L 时，改性土对苯酚的吸附量趋近饱和，吸附量呈现下降趋势，但改性土对苯酚的吸附量比原土要好很多。

4.2.2不同改性剂加量对镉离子吸附效果影响

图 3 所示为加入不同量的淀粉进行改性的膨润土对镉离子的吸收，其中原土对镉离子的吸收量很少，只有20%-30%，而经过改性后的膨润土对镉离子的吸附可以达到 93%以上，加入 0.5g 淀粉进行改性的改性土最高吸附率为 95%。

4.3吸附时间影响

4.3.1吸附时间对苯酚的影响

由图 4 可知当吸附时间为 4 小时后，吸附量基本区域稳定，但吸附时间为 2 小时时，苯酚含量较小时多，吸附量还没有达到饱和。

4.3.2吸附时间对镉离子的影响

从图 5 中可以看出，改性土在吸附时间不同时，对镉离子的吸附量也不相同，在震荡 2 小时中，对镉离子的吸附量相对较少，而过 4 小时后，改性土对镉离子的吸附量则变化不大。

5结论

实验结果表明，该种复合改性膨润土对苯酚和铜离子的吸收效果远远好于天然钠基膨润土。在采用淀粉加量为 0.5 g 的改性膨润土吸附苯酚，吸附在 4 个小时，对苯酚的吸附率可达 70%，对镉离子的吸附量可以达到 95%。

参考文献

[1]徐媛媛. 改性膨润土吸附重金属离子的研究与应用进展[J].  工业水处理，2009.5，第 29 卷第 5 期.

[2]熊慕慕. 2008.我国膨润土矿资源及发展方向. 洛陽师范学院学报，3：183-186

[3]潘慧，何广平，吴宏海. 表面活性剂在膨润土改性中的应用与发展前景[J]. 日用化学工业，2007.8. 第 37卷第 4 期.

作者简介：李振宇（1995.1.26-）男，汉族，甘肃酒泉，助理工程师，本科，单位：湖南中蓝新材料科技有限公司，研究方向：氟化学生产，单位所在省市及邮编：湖南省郴州市宜章县，424200。