復合改性蒙脫石的制備及對甲基橙吸附性能的研究

高 爽,孫 晶,劉可可，楊衛春,李 偉

(西藏大學 理學院，西藏 拉薩 850000)

隨著全球工業的發展，帶來經濟迅速發展的同時，也對環境造成了不同程度的污染，常見有機污染物的存在，工業廢水中含有的有機物，對人和環境也有著極大的危害，其中最常見的有機污染物之一是甲基橙[1-2]，甲基橙是工業生產中常用的染色劑，主要用于化學化工行業中。當水中甲基橙含量過高時，可威脅水中動物的生存，以及植物的生長，且有一定的毒性、致癌等作用[3-5]，都對環境有著較大的傷害，然而我國對污水處理的研究起步比較晚，技術的不足等因素，影響著我國城市的發展和居民對飲用水安全的需求[6]，其治理已成為全球環境工作急需解決的重難點問題之一。目前，在處理廢水的研究中，蒙脫石是一種層狀結構的硅酸鹽類化合物，其特殊的結構，賦予了蒙脫石很多優越的性能，大的比表面積讓蒙脫石有很好的吸附性能，同時在我國儲量豐富、價格低、分布廣、無毒污染小且造成的二次污染較小等優點，受到了廣大研究人員的關注[7-9]。常見的對蒙脫石改性的方法包括：無機改性、有機改性、有機-無機復合改性，對蒙脫石進行無機改性，可選用部分無機鹽的一種或多種，和蒙脫石內的陽離子進行交換，從而達到增大層間距的目的，無機改性后的蒙脫石對物質的吸附能力有顯著提高，且具有較好的穩定性，對蒙脫石進行有機改性，常見的改性劑有季銨鹽、CTAB等有機物，其中的有機陽離子可與蒙脫石內的陽離子發生交換，可以擴大蒙脫石之間的層間距，使蒙脫石由親水性轉化為疏水性，增強了對有機污染物的吸附能力。有機-無機復合改性，可結合兩者的優點，不僅提高了對有機污染物的吸附率，也提高了對其他物質的吸附能力，在處理工業廢水方面有著較好的前景[10]。使用不同的改性劑對蒙脫石進行改性，可得到不同的結果，可根據科研的需要，對蒙脫石進行不同的改性處理，滿足不同行業需求。因此本實驗以CTAB和三氯化鐵作為改性劑，探究其對甲基橙的吸附能力。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

十六烷基三甲基溴化銨(成都市科龍化工試劑廠)；甲基橙(天津市化學科技一廠)；蒙脫石(上海精科實業有限公司)，三氯化鐵(福晨(天津)化學試劑有限公司)；722 N可見分光光度計(上海箐華科技儀器有限公司)；0.1 mg電子分析天平(上海上平儀器公司)。

1.2 復合改性蒙脫石的制備

準確稱取6.0009 g的蒙脫石于燒杯中，加水攪拌50 min待用；稱取CTAB(十六烷基三甲基溴化銨) 1.500 g(364.45 g/mol)于燒杯，溶解攪拌均勻(CTAB的濃度為C1=0.0103 mol/L)，待用；然后稱取三氯化鐵2.0003 g于燒杯中，加入蒸餾水，攪拌均勻，待用(三氯化鐵的濃度為C2=0.0185 mol/L)；先將有機改性劑加入蒙脫石溶液中，攪拌50 min后，再將配置好的無機改性劑加入到有機改性后的蒙脫石溶液中，攪拌50 min，靜置24 h，用真空泵對改性蒙脫石進行抽濾，再用蒸餾水進行洗滌，直到向濾液中加入少許硝酸銀溶液，濾液澄清為止，此時證明復合改性蒙脫石已洗滌干凈。把洗滌過后的復合改性蒙脫石放入恒溫干燥箱中進行干燥，然后研磨，可得到復合改性的蒙脫石粉末，裝入密封袋中備用。

1.3 標準曲線的繪制

用蒸餾水配制質量濃度為8 mg/L甲基橙的溶液，再用可見分光光度計測定其吸光度，隨著光波長的增加，甲基橙稀溶液的吸光度逐漸升高，當波長達到448 nm時，吸光度達到最大值0.714，其最大吸收波長為448 nm。

配制1、2、4、8、16 mg/L的不同質量濃度的甲基橙溶液，在波長為448 nm的條件下，用722 N可見分光光度計分別測定濃度的吸收度，記錄實驗數據，根據實驗數據繪制出甲基橙的標準曲線如圖1，相關系數R2>0.99，線性關系較好，可根據此標準曲線進行數據計算濃度、吸光度，從而進一步計算吸附率，吸附率=(溶液中甲基橙的初始質量濃度-改性蒙脫石吸附后溶液中甲基橙的質量濃度)/溶液中甲基橙的初始質量濃度，單位都為mg/L。

圖1 甲基橙C與A標準曲線

1.4 復合改性蒙脫石對甲基橙最佳吸附條件的探究

1.4.1 最佳吸附時間

準確稱取6份50 mg的復合改性后的蒙脫石于燒杯中，分別用25 mL的移液管移取6份濃度為32 mg/L的甲基橙溶液于各個燒杯中，溫度為20℃，依次攪拌15，30，45，60，75，90，105 min，然后離心3 min，取各自上清液，在波長為448 nm的條件下，測其對應的吸光度，并記錄實驗數據，算出相應的吸附率，見圖2，吸附率是先增后降趨勢，最佳吸附時間為75 min。

圖2 時間與吸附率關系

1.4.2 甲基橙濃度對吸附率的影響

準確稱取復合改性蒙脫石50 mg于5個燒杯中，分別用蒸餾水配制質量濃度64，32，16，8，4 mg/L的甲基橙溶液，用25 mL的移液管分別移取不同質量濃度的甲基橙溶液，分別倒入5個燒杯中，室溫下攪拌75 min，用離心機進行離心3 min，在波長為448 nm的條件下，可見分光光度計測定相應的吸光度，計算出對應的吸附率，關系如圖3所示，甲基橙濃度從4 mg/L到32 mg/L范圍內，吸附率先減小后增大，當甲基橙濃度為32 mg/L時，復合改性蒙脫石對甲基橙的吸附率達到最大值為96.34 %。

圖3 甲基橙濃度與吸附率關系

1.4.3 固液比對吸附率的影響

用25 mL的移液管分別移取32 mg/L的甲基橙溶液于八個燒杯中，分別準確稱取復合改性后的蒙脫石40、80、120、160、200、240、280、320 mg，置于八個盛有32 mg/L甲基橙溶液的燒杯中，攪拌75 min后，離心3 min，取上清液，測其各自的吸光度，計算吸附后的吸附率，固液比與吸附率的關系圖如圖4所示，當改性蒙脫石的質量達到160 mg之后，復合改性蒙脫石對甲基橙的吸附率基本穩定都，復合改性蒙脫石的最佳固液比為6.4∶1。

圖4 固液比與吸附率關系

1.4.4 對比實驗

分別準確稱取160 mg的復合改性蒙脫石和未改性原蒙脫石于兩個燒杯中，各移取25 mL甲基橙溶液(32 mg/L)，攪拌75 min，離心3 min，取其上清液，在波長為448 nm的條件下，用722 N可見分光光度計測其各自的吸光度，計算出吸附率分別為97.96%、57.41%，復合改性蒙脫石相對于未改性的蒙脫石對甲基橙的吸附率有明顯的提高。

2 結論

本實驗通過對蒙脫石用CTAB進行有機改性(CTAB的濃度為C1=0.0103 mol/L)，三氯化鐵對其進行無機改性(三氯化鐵的濃度為C2=0.0185 mol/L)，得到有機-無機復合改性的蒙脫石材料，當固液比為6.4∶1，對濃度為32 mg/L甲基橙左右75 min效果最佳，吸附率為97.96%，相對于同等條件下的未改性的蒙脫石吸附率僅為57.41%，效果有很大的提高，在水處理方面有著一定的實際運用前景。