Al-Cr柱撐蒙脫土的制備及其對靛藍的吸附*

陳修棟，鄒洪濤，毛海立，楊再波，文志剛, 曹啟茂

(1 黔南天然資源開發科技創新團隊(黔南民族師范學院)，貴州　都勻　558000;2 黔南民族師范學院化學化工學院，貴州　都勻　558000)

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Al-Cr柱撐蒙脫土的制備及其對靛藍的吸附*

陳修棟1,2，鄒洪濤1,2，毛海立1,2，楊再波1,2，文志剛2, 曹啟茂2

(1 黔南天然資源開發科技創新團隊(黔南民族師范學院)，貴州都勻558000;2 黔南民族師范學院化學化工學院，貴州都勻558000)

利用聚合物插層法，在水浴加熱的條件下把Al3+和Cr3+加入到堿性溶液中制備出Al-OH，-OH,Al-Cr-OH聚合羥基陽離子，制備出不同Al3+/(Al3++Cr3+)比值的柱撐蒙脫土,并借助X射線粉末衍射(XRD)，掃描電子顯微鏡(SEM)對其結構性能進行了表征。利用合成的柱撐蒙脫土進行了模擬靛藍印染污水處理實驗，并探究了最佳實驗條件。結果表明：Al-OH，Cr-OH,Al-Cr-OH聚合羥基陽離子柱撐蒙脫土的層間距離明顯增大，對靛藍有較強的吸附能力；pH值對靛藍的吸附影響較大，酸性條件下吸附較好；Al/Cr=2時柱撐蒙脫土對靛藍去除率高達97.48%。

羥基鋁鉻柱撐蒙脫土；去除率；靛藍

近年來，水資源問題已成為當今世界面臨的一個重要問題。蒙脫土具有特殊的層狀結構使其在污水處理方面的應用研究已取得了可喜的進展，應用范圍在不斷擴大[1]。大多數研究者利用其陽離子交換能力(CEC)強的特性進行有機、無機離子柱撐得到各種新型材料對印染污水的處理，但Al-Cr羥基陽離子柱撐蒙脫土處理印染污水沒有系統化的對其進行研究。本實驗在水浴加熱的條件下合成了一系列的Al-Cr柱撐蒙脫土，并對印染工業有代表的靛藍污水進行了模擬處理。此研究進一步完善和優化了柱撐蒙脫土在靛藍印染污水處理方面的應用。

1　實　驗

1.1蒙脫土的鈉基化

配制10%的蒙脫土懸濁液，攪拌0.5 h,靜置沉淀0.5 h,再傾斜分離、烘干。將上述提純后的蒙脫土配制成5%的懸浮液,再加入20%NaCl(與土用量的比)在80 ℃下攪拌3 h,真空抽濾最后于100 ℃烘干[2]。

1.2柱化劑的制備

1.3陽離子柱撐蒙脫土的制備

取鈉基化處理的蒙脫土配制成2%(蒙脫土:水=1:50)的懸濁液,在80 ℃的水浴鍋邊劇烈攪拌邊滴加上述制備的柱撐劑其比例控制在10 mmol/g,柱撐劑加完后在恒溫80 ℃下繼續攪拌2.0 h,并在電熱鼓風恒溫干燥箱60 ℃下老化2 d。取出充分老化的交聯蒙脫土離心直至無Cl-為止(用0.1 mol/L AgNO3溶液檢驗),后將抽濾得到的固體物質于100 ℃烘干,研磨[7]。

2　結果與討論

2.1柱撐蒙脫土的表征

2.1.1柱撐蒙脫土的X射線粉末衍射(XRD)分析

X 射線衍射是分析物質結構的最重要分析方法之一[8]。從表1還可以得出Al/Cr=2時柱撐蒙脫土的d001層間距比其它幾組柱撐蒙脫土的要大，主要是由于AlCl3比CrCl3堿性要弱更易形成聚合羥基陽離子，使得生成的聚合鉻鋁羥基陽離子增加，從而使柱撐到蒙脫土的層間距加大，其d001相應較大。

表1　柱撐蒙脫土的X衍射數據Table 1　XRD data of pillared montmorillonite

2.1.2柱撐蒙脫土的掃描電子顯微鏡(SEM)分析

采用SEM進一步觀測蒙脫土片層改性后的微觀結構。圖1為鈉基蒙脫土和不同Al3+/(Al3++Cr3+)比例柱撐蒙脫土的SEM圖，可以看出柱撐后微觀顆粒比較均勻，并可以觀測到柱撐金屬陽離子的存在，確定金屬陽離子原子進入到蒙脫土的層間，形成柱撐結構。

圖1　不同柱化劑柱撐蒙脫土的SEM圖Fig.1　Different pillared agent column brace SEM picture of montmorillonite

2.2柱撐蒙脫土用量對去除率的影響

為了考查其用量對靛藍模擬污水去除率的影響,實驗分別取不同量的上述實驗制備的柱撐蒙脫土對40 mg/L靛藍模擬污水進行處理，每次在80 ℃水浴鍋環境下攪拌振蕩2 h，得到了柱撐蒙脫土用量對去除率的影響如圖2所示，從圖2可以發現隨著土用量的增加，模擬污水的去除率有明顯的升高，由于柱撐蒙脫土量的增加使得溶液中可吸附顆粒的間隙增多，但結合實驗和去除率最優化的原則在6種土用量中，土用量相對靛藍模擬污水量3 g/L時去除率較佳。

圖2　柱撐蒙脫土用量對去除率的影響Fig.2　Pillared Montmorillonite effects dosage on the removal efficiency

由于6種土用量吸附的效果最佳為0.12 g土用量的吸附效果，以下實驗都選用0.12 g柱撐蒙脫土來進行實驗。

2.3振蕩時間對去除率的影響

準確稱取0.12 g改性后的5種柱撐蒙脫土各5份，分別加入到40 mg/L模擬靛藍污水50 mL溶液中振蕩反應，攪拌時間依次取10，20，30，40 min, 振蕩反應完成后對溶液進行離心，取其上清液測吸光度，結果如圖3所示。從圖3中可以得出改性的蒙脫土很快達到最佳點，并且20 min后去除率基本保持不變，所以最佳的攪拌時間是20 min。

圖3　振蕩時間對去除率的影響Fig.3　Effect of time on removal rate

2.4柱撐蒙脫土對不同濃度靛藍污水去除率的影響

取50 mL 5種不同濃度的模擬污水，分別加入0.12 g的改性蒙脫土攪拌20 min，測其吸光度，其結果如圖4所示。由圖4可以得出不同濃度靛藍污水對改性蒙脫土吸附性影響較大，濃度越高，改性蒙脫土吸附性越差，從而說明改性蒙脫土對污水的吸附能力受到污水濃度影響大。但是由于實驗條件的限制沒有對更大濃度污水進行處理，所以實驗有待進一步的改進。

圖4　污水濃度對去除率的影響Fig.4　Effect of concentration of wastewater on removal rate

2.5柱撐蒙脫土對不同pH值靛藍污水去除率的影響

一般情況下, 染料廢水溶液的酸堿度對去除率都有一定的影響. 特別是有報道指出：對酸性染料在堿性溶液中可以得到較好的去除率, 堿性染料則在酸性環境下得到較好的去除率。準確配制pH值依次為2，4，6，7，8，10，12的40 mg/L的模擬靛藍污水50 mL，分別用配制好的柱撐蒙脫土進行吸附實驗，其結果如圖5所示。由圖5可知改性蒙脫土對酸性污水去除率明顯高于堿性污水。

3　結　論

采用水熱法合成了聚合羥基陽離子柱化劑，并通過改性蒙脫土的結構的分析可以得出，柱化劑能夠使蒙脫土的層間距加大對印染污水去除有一定的效果。同時了解鉻柱撐蒙脫土對靛藍污水的去除率與鋁柱撐蒙脫土對靛藍污水的去除率的區別。

從圖3可以得出隨著柱撐蒙脫土用量的增加，其對模擬靛藍污水的處理效果更好。另外，污水濃度對改性蒙脫土的吸附去除率影響較大，污水濃度越高，改性蒙脫土的吸附去除率越低。同時從圖3也可知隨著攪拌時間的增加污水的去除率也增加，當攪拌時間為20 min時去除率達到最高，20 min之后去除率有下降的趨勢。實驗結果表明改性蒙脫土對酸性污水的處理效果比對堿性污水的處理效果要好。

[1]關曉彤,張之明. 膨潤土在工業廢水處理中的應用研究進展[J]. 化工生產技術, 2006, 13(3): 55-56.

[2]黃眾球,潘忠華,高廣立.柱撐蒙脫石研究現狀[J].材料導報，1999,13(5):31-33.

[3]M S Tzou,T J Pinnavaia.Chromia pillared clay [J].Catalysis Today, 1988(2):24-259.

[4]陸琦,雷新榮,湯中道.柱撐粘土礦物材料的晶體結構和晶體化學特征，地質科技情報，2001，20(1)：95-102.

[5]吳平霄,葉代啟,明彩兵.柱撐粘土礦物層間域的性質及其環境意義，礦物巖石地球化學通報，2002，121(4)：10-14.

[6]袁慰順,林鴻福, 蔣棟材,等.蒙脫石吸附金屬離子后的間層距變化[J].地質研究，1985(1):1-17.

[7]Amuda O S,Amoo I A,Ajayi O O. Performaneeo Ptimization of coagulant/floeculant in The treatment of Wastewater from a beverage industry[J]. Journal of Hazardous Materials,2006,129(1-3):69-72.

[8]賴登旺,李篤信,楊軍,等. 蒙脫土改性研究進展[J]. 工程塑料應用, 2013(03):106-110.

Preparation of Al-Cr Pillared Montmorillonite and Its Adsorption of Indigo*

CHENXiu-dong1,2,ZOUHong-tao1,2,MAOHai-li1,2,YANGZai-bo1,2,WENZhi-gang2,CAOQi-mao2

(1 Natural Resource Development of Science and Technology Innovation Team (Qiannan Normal College for Nationalities), Guizhou Duyun 558000; 2 School of Chemistry and Chemical Engineering, Qiannan Normal College for Nationalities, Guizhou Duyun 558000, China)

Using polymer intercalation method, Al3+and Cr3+were added to the alkaline solution for the preparation of Al-OH, heated in water bath under the condition of Al-OH, Cr-OH, Al-Cr-OH polyhydroxy cation, different Al3+/(Al3++Cr3+) ratios of pillared montmorillonite were prepared. By means of X ray powder diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), the structural properties were characterized. The indigo printing and dyeing wastewater treatment experiments was simulated using the synthesized pillared montmorillonite, conducted to explore the optimal experimental conditions. The results showed that Al-OH, Cr-OH, Al-Cr-OH polymerization distance hydroxyl cation pillared montmorillonite interlayer increased obviously, with a strong adsorption capacity on indigo, the values of pH affected the adsorption of indigo remarkably, and acidic conditions caused better adsorption, Al/Cr=2 Pillared Montmorillonite had indigo removal rate as high as 97.48%.

hydroxy aluminium chromium column brace montmorillonite; removal rate；indigo

中央財政支持地方高校發展專項資金《黔南天然資源開發科技創新團隊建設重點項目》資助。

陳修棟(1989-)，男，講師，主要從事無機材料改性及應用方面研究。

X703

A

1001-9677(2016)08-0086-03