雖然蒙脫土可利用自身特性對水中污染物進行去除,但蒙脫土層間親水性的無機離子使其對水中有機污染物的選擇吸附性較差。
目前主要利用酸改性、表面改性和無機柱撐等手段提高蒙脫土對水中有機污染物的吸附能力,如酸處理蒙脫土有較大的比表面積和陽離子交換性能,常用于吸附陽離子型污染物;有機改性蒙脫土表面疏水,是疏水性有機物污染物良好的吸附材料;柱撐蒙脫土對無機污染物吸附性能良好。
但廢水中往往含有多種有毒有害物質,單一改性蒙脫土在處理含多種污染物的廢水時存在對某一物質吸附性能良好,而對其他有毒物質吸附性能較差的問題,有研究表明多種改性手段并用可有效提高蒙脫土對水中污染物的去除能力并提升其重復利用能力。
酸改性蒙脫土多采用硫酸、鹽酸、硝酸等強酸與蒙脫土(MMT)混合進行改性。酸改性后,分布于蒙脫土層間的金屬氧化物或無機鹽等雜質減少,孔結構疏通,有利于吸附質分子的擴散;同時蒙脫土層間K+、Na+、Ca2+、Mg2+等離子可與酸中的H+發生離子交換轉變為可溶性酸鹽溶出,因H+半徑小于被置換離子,故蒙脫土層間晶格裂開,層間距擴大,改性后蒙脫土的比表面積和吸附能力顯著增加。同時酸改性使蒙脫土晶格結構中部分Al2O3和MgO溶出,使其比表面積增加,進而對水中污染物進行有效吸附。
BHATTACHARYYA等選擇H2SO4對蒙脫土進行處理并使用酸處理蒙脫土對陽離子染料羅丹明B進行吸附,結果表明,0.4g/L酸處理蒙脫土在180min內能夠將溶液中質量濃度為100mg/L的羅丹明B完全吸附;
TENG等研究表明,HCl中的H+能夠替換蒙脫土中的Al3+和Fe2+進而使蒙脫土的比表面積和平均孔徑由87.55m2/g和6.81nm變為114.7m2/g和5.31nm,且經HCl處理后蒙脫土對甲基橙的吸附能力增加;
ZHAO等選擇HNO3對鈉基蒙脫土進行處理,分析表明,鈉基蒙脫土的比表面積經HNO3處理后由11m2/g變為180m2/g,且0.7g/L的酸化蒙脫土在80min內可將250mL質量濃度100mg/L的苯酚溶液吸附75%,而蒙脫土僅吸附約35%。
雖然酸改性可提升蒙脫土對有機污染物的吸附能力,但酸改性蒙脫土對水中有機污染物的親和能力仍有待提升,有研究表明,陽離子表面活性劑〔十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、二甲基氯化銨(EA)、乙氧基脂胺(ETA)等〕可與蒙脫土層間的Ca2+和Na+等離子發生層間交換以提高蒙脫土的疏水性能和對有機物的親和能力。此外,自身體積較大的陽離子表面活性劑進入蒙脫土層間可擴大蒙脫土層間距,故有研究者將酸改性與陽離子表面活性相結合以提高其對有機物的吸附能力。
酸中的H+首先與蒙脫土層間的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等離子發生交換,使蒙脫土層間距增大,有機表面活性劑進而進入蒙脫土層間形成酸-有機改性蒙脫土。ZAGHOUANE-BOUDIAF等以硫酸、膨潤土和十二烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨和十八烷基三甲基溴化銨為原料制備了4種酸-有機改性膨潤土,XRD和FTIR結果表明,4種酸-有機改性膨潤土中烷基三甲基溴化銨均進入到酸改性膨潤土層間,且酸改性膨潤土層間距隨著烷基三甲基溴化銨碳鏈的增長而增大;硫酸-烷基三甲基溴化銨改性膨潤土對三氯苯酚的最大吸附容量可達200.6mg/g。上述酸-有機物改性蒙脫土制備過程中,有機物進入蒙脫土硅氧四面體與鋁氧八面體層間,以增加改性蒙脫土的層間距、孔徑和比表面積。
還有研究表明在制備酸-有機改性蒙脫土過程中,有機物不進入蒙脫土層間,而是以蒙脫土表面的正電子與有機物表面的負電子間的引力相互連接,進而達到增加改性蒙脫土比表面積的目的。如FABRYANTY等以海藻酸鈉和鹽酸改性蒙脫土為原料通過微波快速加熱的方法制備了酸-有機物改性蒙脫土。FTIR結果表明,海藻酸并未進入蒙脫土層間,而是以正負電子間的吸引力存在與蒙脫土表面,吸附實驗表明,50mL質量濃度為300mg/L的結晶紫溶液中95%以上的結晶紫能夠被0.5g酸-有機改性蒙脫土去除,吸附容量可達601.9339mg/g,而相同質量的蒙脫土和海藻酸對結晶紫的去除率均在80%以下;
BELHOUCHAT等以海藻酸鈉和鹽酸改性鈣基蒙脫土為原料,通過交聯反應制備了酸-有機改性蒙脫土,Ca2+在整個體系中起主導作用,有助于把分子連接在一起,與鈣離子形成海藻酸鈣凝膠微球,實現對酸改性MMT的固定化,吸附實驗結果表明,酸-有機改性蒙脫土對亞甲基藍的最大吸附量可達約49.17mg/g,對甲基橙的最大吸附量可達約40.42mg/g。
資料來源:《劉正江,郭沙沙,張云婷,等.復合改性蒙脫土在污水處理中的應用研究進展[J].精細化工,2022,39(05):873-881+914》,由【粉體技術網】編輯整理,轉載請注明出處!
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