PVP功能化蒙脫石吸附紅色染料性能研究

黃云鳳，朱永甫，葉嬌琴，蘭麗玲，吳偉端

（閩南理工學院土木工程學院，福建 泉州 362700）

我國紡織印染工業產生的染料廢水排量很大。染料廢水具有色度較大、難脫色、水變動較大等特點，富含的偶氮染料更具有致癌作用，嚴重污染水體。蒙脫石是一種天然的吸附材料，蒙脫石結構屬2∶1型，層間具有水分子和可交換陽離子的二八面體型鋁硅酸鹽礦物［1］。通過功能試劑插層、硅烷嫁接等方法改性可制得多種功能材料，可廣泛用于工業污水的凈化、脫色、降低環境污染，尤其是改善由重金屬及有機物引起的污染效果更為明顯，是目前研制改性蒙脫石成為在環境污染修復領域一個研究熱點［2］。以陰離子表面活性劑［3］硬脂酸鈉為改性劑，制備了硬脂酸鈉改性蒙脫石，結果表明對亞甲基藍具有較好的吸附效果；以巰基-蒙脫石復合材料［4］研究對重金屬鎘不同污染水平農田土壤的鈍化效果；以蒙脫石為原料［5］、硫酸為改性劑，研究硫酸濃度和固液比對蒙脫石吸附廢水中，Cr6+改性后的蒙脫石層間距增大，具有較好的吸附性能。

本文選擇以聚乙烯吡咯烷酮 （PVP）作為蒙脫石的改性劑，調配不同的用量，制備多配比的PVP功能化蒙脫石復合材料，研究在不同配比下，PVP功能化蒙脫石復合材料對紅色染料的吸附能力及脫色效果與時間的關系。

1 實驗部分

1.1 主要實驗儀器

小得利77-1磁力攪拌器；

上海恒平752紫外可見分光光度計 （移動波長：500nm，A為吸光度 （Absorbance），A＝abc，其中a為吸光系數，單位L／（g·cm），b為光在樣本中經過的距離 （通常為比色皿的厚度），單位cm，ρ為溶液質量濃度，單位g／L，c為濃度，單位mol／L；T為透射比 （Trans）%）；

湖南可成儀器設備有限公司臺式低速離心機L2-4K。

1.2 實驗材料

1.2.1 聚乙烯吡咯烷酮

分子式：（C6H9NO）n，結構式：

聚乙烯吡咯烷酮是一種非離子型高分子化合物，是N-乙烯基酰胺類聚合物中最具特色，且被研究得最深、最廣泛的精細化學品品種。已發展成為非離子、陽離子、陰離子3大類，工業級、醫藥級、食品級3種規格，相對分子質量從數千至一百萬以上的均聚物、共聚物和交聯聚合物系列產品，并以其優異獨特的性能獲得廣泛應用。聚乙烯吡咯烷酮呈白色粉末，水溶性聚合物，與染料具有良好的親和力。

1.2.2 蒙脫石

蒙脫石，又稱微晶高嶺石分子式：Ex（H2O）4｛（Al2-x，Mgx）2［（Si，Al）4O10］（OH）2｝；E為層間可交換陽離子，主要為Na+、Ca2+，其次為K、Li等。根據層間主要陽離子的種類，可分為鈉蒙脫石和鈣蒙脫石。

本實驗選用鈉蒙脫石，灰白色粉末狀。

1.2.3 直接大紅4BE染料

分子式：C32H22N6NA2O6S2；相對分子質量：696.68。

結構式：二苯基-4，4’-二 ［（偶氮-2-）-1-氨基萘-4-磺酸鈉］

直接大紅4BE染料呈紅色粉末同，溶于水呈黃紅色，溶于醇呈橙色，極微溶于丙酮，澄清亮紅色溶液，幾乎不溶于醚。用途：廣泛應用與紙漿，紙板，棉纖維，竹木制品等的染色。

1.3 實驗內容

1.3.1 大紅染料溶液的制備

將大紅染料與蒸餾水按一定比例配制染料溶液的初始質量濃度為：50mg／L。

1.3.2 PVP-蒙脫石納米復合材料的制備

1）將蒙脫石與蒸餾水按不同質量比配制不同溶度的蒙脫石溶液。

2）取不同體積不同濃度的蒙脫石溶液，分別加入不同比例的PVP，經機械力攪拌作用，制得PVP-蒙脫石納米復合材料。

1.4 實驗步驟

1）分別配制蒙脫石與蒸餾水的質量配比為：20g／L與30g／L的蒙脫石水溶液。

2）分別取濃度為20g／L與30g／L的蒙脫石水溶液，添加PVP，質量濃度為：5g／L。

3）PVP-蒙脫石納米復合材料試樣制備。

分別取20mL質量濃度為20g／L與30g／L的蒙脫石水溶液，攪拌2h后，再添加質量濃度為5g／L的PVP，添加10mL濃度為大紅染液溶液，攪拌1h。

4）應用離心機，分別對上述試樣進行離心處理，離心時間分別為6、12、18、24、30、36、42、48、54、60min。

2 實驗結果

2.1 測試儀器

應用上海恒平752紫外可見分光光度計，分別對上述試樣進行測試。移動波長：500nm，A為吸光度 （Absorbance）A＝abc，其中a為吸光系數，單位L／（g·cm），b為光在樣本中經過的距離（通常為比色皿的厚度），單位cm，T為透射比%。

2.2 測試步驟

1）首先，掀開外邊的保護罩，打開電源開關，儀器進入初始化狀態，自動進行檢測。初始化完成后，儀器進入主界面，按 “移動波長”鍵入所需測定的波長數，按 “100%／0A”自動校零。打開樣品室蓋子，把裝有空白和待測樣品的比色皿依次放入比色皿樣品室里的架子里。依次拉樣品架拉桿，直接讀數即可。

2）質量濃度為50mg／L的大紅染色溶液紫外可見光測試結果顯示，透射率為21.3%，吸光系數為0.672，其余測試數據如表1所示。

3）圖1是根據表1中透射率實驗數據經過三次樣條曲線擬合而成，其中數據點為實測數據。其中，T1是3g蒙脫石+100mL染料的透射率；T2是3g蒙脫石+100mL染料+0.06gPVP的透射率；T3是2g蒙脫石+100mL染料的透射率；T4是2g蒙脫石+100mL染料+0.04gPVP的透射率。

圖1 表1中透射率實驗數據經過三次樣條曲線擬合圖FIG.1 The experimental data of transmittance are fitted by cubic spline curve in Table 1

表1 紫外可見分光光度計分析結果Tab1 Analysis results of uV-vis spectrophotometer

3 結果分析

1）如表1所示，配比為3g蒙脫石+100mL染料與3g蒙脫石+0.06gPVP+100mL染料試樣，在離心6gPVP后，加入PVP透射率明顯較高，3g蒙脫石+0.06gPVP+100mL染料最高透過率達到26.2%。3g蒙脫石+100mL染料最高透射率為19.2%，經過約42min，透射率才達到25.45%。

2）同樣，表2顯示，當取配比為2g蒙脫石+100mL染料與2g蒙脫石+0.04gPVP+100mL染料作對照實驗，在6min離心后加入PVP的透過率明顯較高，2g蒙脫石+0.04gPVP+100mL染料最高透過率達到23.9%，而2g蒙脫石+100mL染料透過率才達到18.1%，經過離心約36min方才達到24.1%。

3）從透射率實驗數據經三次樣條曲線擬合后圖1可看出，當離心6min和30min后，上述試樣透射率為：3g蒙脫石+100mL染料+0.06gPVP＞2g蒙脫石+0.04gPVP+100mL染料 ＞3g蒙脫石+100mL染料＞2g蒙脫石+100mL染料。

也就說，當蒙脫石用兩相同時，PVP功能化蒙脫石脫色效果較好；當添加未改性的蒙脫石，隨著蒙脫石的用量增大，脫色效果明顯增大。

4 結論

成功合成了PVP-功能化蒙脫石符合材料，探索不同PVP用量、不同蒙脫石用量對直接大紅脫色效果。研究表明，PVP功能化蒙脫石納米材料對染料的吸附效果明顯高于未添加PVP蒙脫石；PVP功能化蒙脫石納米材料對染料的吸附經6min離心作用，透射率由21.3%提高到25.4%，而未改性的蒙脫石溶液需要36min離心作用才能到達。