摘要：以浙江临安钙基膨润土为原料，以溴化十六烷基三甲胺为改性剂，研究了改性剂用量以及钠化、热活化和酸活化对有机膨润土吸附苯酚、苯胺、苯、甲苯、二甲苯的影响。试验结果表明，改性剂用量增加，有机膨润土的层间距d001也增大，对有机物的吸附能力增大。在改性剂用量相同时，钠化土的吸附效果明显优于直接改性的有机膨润土。

关键词：膨润土，有机改性膨润土，吸附，有机物

膨润土是一种以蒙脱石为为主要成分的细粒粘土，广泛应用于石油钻井、建材、化工等许多方面，我国膨润土储量约为20亿吨，居全世界第一。因此深入研究膨润土去除污染物具有重要意义。

1　实验方法

1.1　主要材料及仪器

所用膨润土为浙江临安钙基膨润土,主要矿物成分为: 此膨润土含蒙脱石50%,胶质价55%-80%，pH6.9。化学作成（%）：SiO2：62.9；Al2O3：19.75；Fe2O3：2.53；CaO：1.84；MgO：3.41；K2O：1.10；TiO2：0.42；灼烧值：7.57。阳离子交换容量为69.5meq /100ｇ。原土110℃干燥，破碎磨细，过100目备用。

溴化十六烷基三甲铵(ＣＴＭＡＢ)、苯酚、苯胺、苯、甲苯、二甲苯均为分析纯。

主要仪器有ＵＶ-160型紫外分光光度计、ＨＰ6890型气相色谱仪、XRD分析仪、ＨＺＳ-Ｈ型水浴恒温振荡器、ＪＩ80-2Ｂ台式离心机、台式干燥箱等。

1.2　水中有机物测定方法

苯酚、苯胺浓度用ＵＶ-160型紫外分光光度计进行测定,最大吸收波长分别为269ｎｍ和230ｎｍ;苯、甲苯、二甲苯浓度由ＨＰ6890型气相色谱仪测定。

1.3　有机膨润土制备

称取40ｇ原土,倒入400ｍＬ一定配比的ＣＴＭＡＢ溶液中,在60-70℃水浴中搅拌2h，产物经过滤，用蒸馏水洗涤2次，滤干后，在80-90℃下烘干，研磨过100目筛备用。

1.3.1　不同改性温度有机膨润土制备：将改性温度分别设为50℃和65℃,改性剂用量为6.0%,其他条件同改性实验操作。所得改性土分别称为50℃土和65℃土。

1.3.2　钠化有机膨润土制备：将一部分天然膨润土钠化以后再进行有机化改性。在温度为50℃、改性剂用量为6.0%、其他同实验操作的条件下对钠化膨润土进行有机化改性,所得有机膨润土称为钠化土,以N表示。

1.3.3　热活化有机膨润土制备：将烘干的50℃土和65℃土在110℃恒温1ｈ,得热活化土,分别用R1、R2表示。

1.3.4　酸活化有机膨润土制备：选用硫酸作活化剂,将膨润土原土、改性剂和水混合均匀后再分别加入占所用膨润土质量2%和20%的浓硫酸,搅匀后置于恒温振荡器中。改性剂用量为6.0%,反应温度50℃。由此制得两种不同酸用量的改性土,分别称作2%酸化土和20%酸化土,以S1和S2表示。

1.4　吸附试验

吸附实验在100ｍＬ碘量瓶中分别加入1.0g有机改性膨润土和25ｍＬ初始浓度分别为苯酚10mg/L、苯胺20mg/L、苯23mg/L、甲苯24mg/L、二甲苯18mg/L的有机物溶液，盖紧塞子，在25℃、150r/min条件下振荡1h，离心10min后，取上清液，测定水中有机物的残余量（即平衡浓度），计算各种有机膨润土吸附剂对水中苯酚、苯胺、苯、甲苯、二甲苯的去除率。

2　结果与讨论

2.1　改性剂用量对有机蒙脱石ｄ001值的影响　

膨润土的主要矿物组成是蒙脱石,对膨润土进行有机化改性的实质就是对蒙脱石的有机化改性,所以通过Ｘ-射线衍射分析测定改性前后膨润土中蒙脱石ｄ001值的变化情况,可了解改性效果。确定改性温度为50℃,选定改性剂用量即改性剂在水溶液中的质量分数分别为1.5%、3.0%、4.5%、6.0%、7.5%、9.0%、10.0%,其他条件同实验操作,所得改性土分别按改性剂用量的比例称为1.5%土、…10.0%土。改性剂用量对有机膨润土中蒙脱石ｄ001值的影响见表1。

由表1可以看出随改性剂用量的增加,有机蒙脱石ｄ001值基本呈增大的趋势。在改性剂用量从1.5%增大到10.0%时,有机蒙脱石ｄ001值由1.474ｎｍ增大为3.087ｎｍ,并且在改性剂用量小于3.0%和在4.5%～7.5%之间出现两段平台,之后随改性剂用量增加,ｄ001值继续增大,考虑到实际应用的成本,没有开展改性剂用量大于7.0%的改性土对有机物的吸附效果实验。

2.2　改性剂用量对吸附有机物性能的影响

加入不同改性剂用量制备的有机膨润土对不同初始浓度的苯酚、苯胺、苯、甲苯和二甲苯的去除效果见表2。表2显示改性剂用量变化对有机膨润土吸附这些污染物的影响基本相似,即随着改性剂用量的增加,有机膨润土对其去除率呈增加的趋势。

试验结果表明,进行有机化改性后膨润土对有机物的吸附能力显著增强,在改性剂用量为1.5%时,有机膨润土对有机物的吸附能力明显强于天然膨润土；在同一改性剂用量下有机膨润土对5种苯系物的去除率顺序为苯酚＞苯胺＞二甲苯＞甲苯＞苯,这一趋势与苯系物分子的大小有关。

2.3　钠化、热活化和酸活化对有机蒙脱石ｄ001值的影响

有机膨润钠化、热活化和酸活化后蒙脱石ｄ001值的变化见表3。

由表3可以看出，当改性剂用量均为6.0%时，钠化改性土N和热活化土R1中蒙脱石的ｄ001值分别为2.263nm、2.246nm，均接近于6.0%土的2.318nm。而在相同实验条件下,测得的热活化土R2中蒙脱石ｄ001值为2.233nm，也与6.0%土蒙脱石ｄ001值2.318nm较为接近。这充分说明钠化及热活化对有机膨润土中蒙脱石的ｄ001值影响不大。一般认为酸活化作用往往是离子半径较小的H+去置换蒙脱石层间离子半径较大的Ca2+这势必导致蒙脱石层间距的减小。当然蒙脱石层间Ca2+离子失去与H+离子进入,大大改善了蒙脱石层间的表面性质，使蒙脱石内表面性质与外表面性质具有相似特征，无疑也就增加了蒙脱石的比表面积；由表3可以看出，有机膨润土经过钠化、热活化和酸活化后比表面积由原来的158m2/g增加到210-250m2/g。

2.5　钠化、热活化和酸活化对有机膨润土吸附有机物的影响

对钠化、热活化和酸活化后的有机膨润土进行吸附试验，试验结果见表4。

由表4可以改性剂用量相同时,钠化改性膨润土对苯酚和苯胺的吸附能力略好于6.0%土，两种热活化土对苯系物的去除能力相近。酸活化土对苯胺的去除率在实验条件下达100%，明显好于6.0%土。这主要是因为酸活化有机膨润土吸附有机物的能力与有机物本身的极性和酸碱性有关，且与pH值对吸附效果的影响趋势较一致，即有机膨润土对苯酚的吸附率随介质pH值增大而增加，对苯胺的吸附能力随pH值增大而减小。而其对于苯、甲苯、二甲苯的吸附效果与介质pH值的变化关系不大。

3　结论

3.1　膨润土经过有机改性后，对苯系有机物的吸附性能大大增强。

3.2　不同改性剂的用量对有机膨润土的吸附性能的影响表现为：随着改性剂用量的增加有机膨润土中蒙脱石d001值和对有机物的吸附能力都呈增大的趋势。

3.3　钠化、热活化和酸活化对有机膨润土吸附不同有机物的影响也有所不同，试验表明，酸活化后对苯胺的吸附性能有明显提高。

参考文献：