一種改性凹凸棒土復合材料的研究

滕福康

（西北民族大學化工學院，甘肅 蘭州 730124）

工業有機廢水的處理一直以來是人們關注的重點。有機廢水在環境中具有持久性和擴散性，其能在水環境中長期持久停留，同時也有很強的擴散能力，會由食物鏈擴散到生物體內從而導致嚴重的危害，還容易擴散到土壤環境中造成污染，還對大氣環境造成嚴重的影響[1]。而利用傳統生物技術處理廢水的工藝處理難降解有機物處理效果不盡如人意，原因在于微生物容易中毒失去活性，新陳代謝減慢，難以利用。有機廢水成分復雜，生物毒性強。結構復雜的芳香族化合物可通過呼吸道、皮膚等多種接觸途徑進入人體，產生的直接后果就是它會與人體中的蛋白質反應致其失活，對人體器官產生毒害作用。

其中，酚類有機物排放量大，如不經過處理將造成嚴重的水體污染，導致水資源短缺。以苯酚為例，其為結構最簡單且最常見的酚類化合物，苯酚廣泛的應用在工業生產中，低濃度苯酚長時間接觸可抑制中樞神經且損害肝腎功能，高濃度苯酚可致頭疼肺部水腫等癥狀[2]。

凹凸棒土是一種儲存量大的水合金屬鹽黏土礦物，據統計，我國凹凸棒土探明儲量已將近7000萬噸。凹凸棒土具有獨特的晶體孔結構和大比表面積，而且空間流變性和熱穩定性良好，廣泛應用于生產生活中[3]。凹凸棒土自身的晶體結構不會隨反應的進行而發生明顯的改變，當吸附反應發生時，凹凸棒土表面的金屬離子可以使催化速度加快。凹凸棒土不但可以提供異相催化反應所需要的微孔和表面特征，還可以將新產生的酸堿協同催化作用。凹凸棒土儲量豐富且廉價，在環保領域有廣闊應用前景。

本實驗將以凹凸棒土和玉米秸稈為原料制備，制備凹凸棒土復合材料，進行適當的改性，以苯酚為處理對象，探究其性能。

1 實驗部分

1.1 主要試劑與儀器

凹凸棒土（常州榮奧化工新材料有限公司）、玉米秸稈（取自甘肅榆中縣），濃鹽酸、苯酚等均為分析純，電阻爐、干燥箱、恒溫磁力攪拌器、分光光度計等。

1.2 凹凸棒土復合材料的制備

取適量的玉米秸稈磨碎后放入電阻爐中，高溫熱解2h后取出，去離子水洗凈后干燥備用。另稱取適量的凹凸棒土試樣，100℃的條件下烘干備用。將上述兩種試樣按照1∶1的質量比加入到盛有50mL蒸餾水的燒杯中，置于恒溫磁力攪拌器上3h，干燥后研磨過篩備用。攪拌過程中滴加1mol/L的鹽酸10mL，重復上述步驟即可得到改性凹凸棒土復合材料。

1.3 苯酚標準曲線的繪制與苯酚含量的測定

配制一系列苯酚標準溶液，利用分光光度計測出相應數值，然后繪制出苯酚標準曲線。取0.10g吸附劑加入到含有20mL濃度為10mg/L的苯酚溶液中，用保鮮膜封口后恒溫振蕩3h，取上清液測定吸光度，根據標準曲線即可計算出相應的數值。

2 結果與討論

2.1 不同凹凸棒土組成對苯酚的去除影響

分別取單一凹凸棒土、復合凹凸棒土、改性復合凹凸棒土為吸附劑來處理苯酚溶液，比較不同凹凸棒土組成吸附性能的差異，實驗結果如圖1。

圖1 不同凹凸棒土組成對苯酚的去除影響

結果表明，單一凹凸棒土對苯酚的去除率最低，改性后復合凹凸棒土對苯酚的去除率最高，達到70.6%，是單一凹凸棒土吸附效率的3倍之多。在研究的苯酚濃度范圍內，復合凹凸棒土對苯酚的吸附為單分子層表面吸附，通過有機改性的凹凸棒土表面背負載大量的有機基團，親有機性得到了大幅度提高；隨著H+對溶液慢慢地滲透，凹凸棒土表面的陽離子隨之被取代，與Si-0結合，構成Si-OH，當凹凸棒黏土的八面體中陽離子被完全析出之前，凹凸棒黏土仍保持著原來的晶體結構。即凹凸棒黏土經過的酸化后，礦物聚集體發生了解離，顆粒間雜質膠結物和碳酸鹽礦物發生了分解，而且能夠置換陽離子，能夠疏通孔道和增加比表面積，因而對苯酚等有機污染物的吸附性能變強。

2.2 溫度對改性復合凹凸棒土去除苯酚的影響

為了探究溫度對吸附劑吸附性能的影響，本實驗選取 10、15、20、20、25、30、35、40℃進行研究。結果見圖2。

圖2 溫度對改性復合凹凸棒土去除苯酚的影響

圖2表明，隨著穩定的升高，改性復合凹凸棒土的吸附量在增加，但是超過30℃之后，吸附量有所下降，因為凹凸棒土的吸附過程是一個放熱過程，溫度過高反而不利于反應的進行。