HDTMA改性蒙脱土对土壤Cr(Ⅵ)的吸附稳定化研究

以钠基蒙脱土为原料,十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)为改性剂,制备了系列有机蒙脱土改性材料,并将其用于Cr(Ⅵ)污染土壤的稳定化处理研究.红外光谱、X射线粉末衍射、扫描电镜、氮气吸附脱附、阳离子交换量以及电动电位等表征结果表明,随着HDTMA投加量的增加,蒙脱土层间距从1.25 nm增加到2.13 nm,表面粗糙度下降,比表面积从38.91m~2·g~(-1)降低到0.42 m~2·g~(-1),可交换的阳离子数量从62 cmol·kg~(-1)降低到9.9 cmol·kg~(-1),且表面电性由-29.1 m V升高到5.59m V.毒性浸出实验结果表明,材料的有效性与土壤初始Cr(Ⅵ)浓度、蒙脱土的投加量、养护时间以及HDTMA的改性量均有关.随着HDTMA改性量的增加,有机改性蒙脱土对Cr(Ⅵ)的物理吸附作用下降而对污染物的静电作用增强,静电吸附作用是改性蒙脱土对土壤Cr(Ⅵ)的稳定化效果增强的主要原因.     

吸附在改性蒙脱土上有机物的稳定性

利用十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)改性的蒙脱土来吸附含油废水中的有机物,并在不同环境条件下观察被吸附有机物的稳定性.结果表明,改性蒙脱土对含油废水中的有机物有很强的吸附能力,吸附在改性蒙脱土上的有机物在超声波作用下能发生一定数量的解吸,提高温度略微降低被吸附有机物稳定性,而无机盐对其的解吸影响很小.在碱性(pH12.0)条件下,吸附在改性蒙脱土上的有机物能发生大量的解吸,因此其稳定性差,可以通过加碱的方式对改性蒙脱土进行再生,这为改性蒙脱土的循环使用提供了可能.     

HDTMA改性蒙脱土的稳定性

利用十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)改性天然蒙脱土,观察其在不同环境条件下的稳定性.试验结果表明:随着阳离子交换量(CEC)的增加改性蒙脱土在蒸馏水中的稳定性逐渐降低,1.0CEC改性蒙脱土中HDTMA发生解吸.改性蒙脱土在水体中的稳定性随着振荡强度的加强而降低.从室温到70℃对改性蒙脱土的稳定性几乎无影响.超声波处理使改性蒙脱土的稳定性有所降低.NaCl能提高水体中改性蒙脱土的稳定性,而CaCl₂却使其稳定性有所下降.同酸性条件相比,在碱性条件下改性蒙脱土的稳定性更好.因此,废水的温度、pH和无机盐对低改性蒙脱土稳定性的影响都比较小,这为改性蒙脱土处理废水和它的再生提供了可能.同时在较低振荡强度下,改性蒙脱土也许还能成为废水生物处理的载体.     

吸附苯酚的固定化改性蒙脱土的再生

在固定化改性蒙脱土对苯酚吸附的研究基础上,进一步对固定化改性蒙脱土进行了碱性条件和微生物条件下的再生,并检测再生的效果.碱性再生后固定化改性蒙脱土的吸附能力有一定程度下降.微生物再生效果好于碱性再生,在高效脱酚的瓶形酵母菌(Pityrosporum sp.)作用下,吸附在固定化改性蒙脱土上的苯酚降解率为98.6%,从而达到再生的目的.     

低分子量腐殖酸改性蒙脱土对黄曲霉素的吸附作用

采用振荡平衡法研究了相对分子质量<3 500的低分子量腐殖酸改性蒙脱土对黄曲霉素(AFB1)的吸附作用及机制.吸附动力学实验结果表明,0～24 h内,蒙脱土原土快速吸附AFB1,在2 h处吸附量即至最大值,而后吸附量持续降低,12 h后趋于稳定、吸附量为1.01μg.g-1;0～24 h内,改性蒙脱土对AFB1的吸附量则持续增加,12 h时吸附量达最大值(1.60μg.g-1),其后吸附达平衡.用腐殖酸改性后,蒙脱土对AFB1的等温吸附曲线由Langmuir型转变为Freundlich型,平衡浓度较高条件下,AFB1在改性蒙脱土上的吸附量明显高于蒙脱土原土.蒙脱土改性后晶层坍塌,出现不规则和絮状松散结构,与其表面聚集的腐殖酸形成较为稳定的"矿物-腐殖酸"复合体,增强了其对疏水性AFB1的吸附能力.随溶液pH值的增大,原土和改性蒙脱土对AFB1的吸附量均增大,但AFB1在改性蒙脱土上吸附量的增加幅度较大,这可能主要与溶液碱性的提高促进了AFB1与蒙脱土矿物的氢键及电性结合有关.研究结果可为进一步阐明AFB1在土壤中的界面过程和环境归趋提供依据.     

有机改性粘土去除赤潮生物的机制研究

研究了季铵化合物改性粘土的制备条件对其去除赤潮藻效果的影响,探讨了该粘土体系高效除藻的机制.实验表明,十六烷基三甲基铵(HDTMA)可以有效地提高粘土的絮凝能力,同时HDTMA改性粘土中含有亚稳态HDTMA,增加了该改性粘土对赤潮生物的灭杀能力.改性粘土去除赤潮藻的能力与所吸附季铵化合物的杀藻能力、吸附量正相关,当老化时间延长、吸附季铵化合物稳定性增强时改性粘土除藻能力大大降低.结构不同的粘土对于吸附HDTMA的稳定化产生的空间阻力不同,在吸附量相同的情况下3层结构的蒙脱土中会有更多的亚稳态HDTMA产生;由于同离子效应,反应介质中高价金属阳离子的存在提高了亚稳态HDTMA的量,因此相应的改性粘土具有更高的赤潮藻去除能力.在60℃条件下吸附的HDTMA会更有效地占据粘土中的阳离子交换位,达到稳定态;而升高或降低温度都会有利于亚稳态HDTMA的出现,相应的改性粘土具有更高的赤潮藻去除能力.     

HDTMA-凹凸棒土的制备表征及其对HCH的吸附研究

采用超声改性法制备了十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA-Br)修饰的HDTMA–凹凸棒土,并通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG-DSC)对其结构进行了表征.结果表明,经超声分散后,凹凸棒土的棒晶分散均匀;HDTMA+成功进入到凹凸棒土的表面和层间.吸附实验表明,HCH在HDTMA-凹凸棒土上的吸附动力学符合准一级动力学Lagergren方程,3种HCH异构体的速率常数K大小顺序为: Kα–HCH < Kγ–HCH < Kδ–HCH.HDTMA–凹凸棒土层间存在HDTMA有机相,使其对HCH的吸附量比未改性凹凸棒土增加了近40倍,由于吸附过程中存在HDTMA有机相和所吸附的HCH的协同作用,其吸附机理较复杂, 吸附等温线不能用Langmuir、Freundlich、Linear 3种吸附等温方程模型进行描述.     

HDTMA改性粘土吸附固定沉积物间隙水中多环芳烃的模拟研究

选用经过十六烷三甲基溴化铵(HDTMA-Br)改性的粘土矿物为吸附剂,探讨其对水中多环芳烃类有机污染物的吸附性能。结果表明,HDTMA改性土吸附固定水中多环芳烃的能力比天然沉积物要高得多且吸附稳定。本文还讨论了环境温度、pH值、盐度、振荡时间、污染物初始浓度以及投土量对吸附性能的影响以确定吸附的适宜条件。根据实验结论,将HDTMA改性土投到实际间隙水样品中,经过充分的吸附,结果显示,经HDTMA改性粘土吸附后的间隙水中多环芳烃的含量均在检出线以下,说明HDTMA改性土可以有效地吸附固定沉积物间隙水中的多环芳烃,降低其迁移性,防止其释放产生二次污染。     

HDTMA改性沸石的制备及吸附废水中对硝基苯酚的性能和动力学

采用十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)对天然沸石进行改性,研究了沸石的改性条件、改性沸石投加量、废水p H值、反应时间等对HDTMA改性沸石去除废水中对硝基苯酚性能的影响,并分析了吸附动力学和吸附等温线.结果表明,改性沸石对废水中对硝基苯酚的吸附效果明显高于天然沸石,当制备改性沸石的HDTMA溶液的质量分数为1.2%,且其p H值为10时,改性沸石对废水中对硝基苯酚的吸附量达到2.53 mg·g~(-1),远高于天然沸石的0.54 mg·g~(-1).吸附实验中,改性沸石投加量8 g·L~(-1),反应时间90 min,p H=6的条件下,HDTMA改性沸石对废水中对硝基苯酚的去除率高达93.9%.吸附动力学和等温线研究表明,一级动力学方程能够更好地拟合沸石吸附对硝基苯酚的过程(R20.90),不同温度条件下Langmuir等温线拟合方程的相关系数均在0.90以上,数据和方程拟合性较好.     

表面活性剂和有机粘土矿物对底泥吸附菲的影响

根据底泥原地处理技术原理,基于有机粘土矿物的环保性能,以菲为目标污染物,开展向底泥中加入表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵,HDTMA-Br)和有机粘土矿物(十六烷基三甲基溴化铵改性膨润土,HDTMA改性土)后对其吸附菲的性能影响研究。结果表明,底泥对菲的吸附作用主要表现为表面物理吸附特征,吸附等温线符合Freundlich方程;底泥中加入HDTMA+或HDTMA改性粘土后菲在两相间的表观分配系数增大,吸附分别为表面作用和分配作用;菲在底泥上的解吸曲线呈较好线性,吸附不存在滞后效应,而在加入表面活性剂和有机粘土矿物的底泥上线性变差,对菲的吸附出现不可逆吸附现象,吸附变得稳定;在污染物浓度很低的情况下,pH、盐度和温度的改变对吸附量的影响不大。     

改性粘土矿物的制备及其对水体中二氯喹啉酸的吸附研究

采用固-液吸附法,以天然钙基蒙脱石为原料,硫酸和十六烷基三甲基溴化铵(HDTMAB)为改性剂,制备了3种改性蒙脱石,并借助X-射线衍射、比表面积全分析及有机碳含量测定对所得的改性蒙脱石进行表征.结果表明,先酸化后再进行有机改性所得的改性蒙脱石(AHM)不仅具有较大的比表面积、层间距,而且有机碳含量是最高的.同时,采用批量平衡实验比较了这3种改性蒙脱石和天然蒙脱石对二氯喹啉酸的吸附能力.结果表明,天然蒙脱石对二氯喹啉酸的吸附率最小,不足5%,而先酸化再进行HDTMAB改性所得的改性蒙脱石对二氯喹啉酸的吸附率最高,其对二氯喹啉酸的吸附容量约为天然蒙脱石的20倍.二氯喹啉酸在这种改性蒙脱石上吸附速率很快,吸附平衡时间为2 h,吸附动力学满足准二级动力学方程,吸附等温线可用Linear和Freundlich模型较好地拟合.     

表面活性剂复配修饰添加不同含量蒙脱石的黄棕壤对苯酚的吸附作用

在两性修饰剂十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)和阳离子型表面修饰剂十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)复配修饰膨润土吸附苯酚最佳修饰比例的基础上,通过添加膨润土改变2种黄棕壤中的蒙脱石含量(分别为6%和43%),利用X射线衍射和有机碳含量表征了蒙脱石含量对BS+CTMAB复配修饰黄棕壤性质的影响.同时,采用批处理法研究了蒙脱石含量对BS-12+CTMAB复配修饰黄棕壤吸附苯酚能力的影响,对比了不同温度、p H和离子强度下吸附的差异,并探讨了影响机制.结果表明,CTMAB复配修饰增加了BS-12修饰土样的TOC含量并增强了土样对苯酚的吸附能力,且苯酚在复配修饰土中的解吸程度均高于CK、BS-12和CTMAB修饰土;随着黄棕壤中蒙脱石含量的增大,BS-12、CTMAB修饰和BS-12+CTMAB复配修饰土蒙脱石层间距、TOC含量和对苯酚吸附能力整体上均呈增加趋势;单因素对各修饰土样吸附苯酚的影响程度上,温度、p H逐渐减小,离子强度逐渐增大;蒙脱石含量决定的TOC是影响修饰土样对苯酚吸附能力大小的关键因素,修饰土样对苯酚的吸附依然以分配作用为主.     

活化海泡石对苯酚的吸附研究

海泡石经酸活化,在300℃焙烧,比表面积增加,吸附效果明显增强。通过实验,研究了焙烧温度、溶液pH值以及不同活化酸对吸附效果的影响。同时研究了活化海泡石对苯酚吸附动力学特性,及其脱附再生性能。并与活性炭对苯酚的吸附效果进行了比较,虽然其吸附性能较差,但具有良好的脱附再生性能,并且再生方法简单,在含酚废水的处理方面,海泡石可以作为一种新型的廉价的吸附剂。     

不同金属改性的蒙脱土对普萘洛尔的吸附

采用浸渍法将蒙脱土用5种金属阳离子饱和,分别得到铁基蒙脱土、铜基蒙脱土、钾基蒙脱土、钠基蒙脱土和钙基蒙脱土,研究普萘洛尔在这5种金属阳离子饱和的蒙脱土上的吸附行为,探明主要影响因素,并推测可能的吸附机制。结果表明:5种金属阳离子饱和的蒙脱土对普萘洛尔均具有较高的吸附能力,且吸附能力顺序为铁基蒙脱土>铜基蒙脱土>钾基蒙脱土>钠基蒙脱土>钙基蒙脱土。pH为3~9时吸附量增加,是由于溶液中H+与普萘洛尔在金属阳离子饱和蒙脱土上吸附位点竞争力减弱;pH为9~11时吸附量减少,是由于普萘洛尔主要以分子状态存在,静电引力下降。K+、Na+和Ca2+的存在会抑制普萘洛尔的吸附。腐植酸加入会促进普萘洛尔的吸附,但促进作用随腐植酸浓度升高而减弱,甚至出现抑制作用。Langmuir等温吸附模型和准二级动力学方程能较好地描述普萘洛尔的吸附过程。研究结果有望为全面掌握普萘洛尔在土壤环境中的迁移转化规律提供的理论依据。     

甲萘威在蒙脱石和高岭石表面的吸附行为研究

研究了甲萘威在蒙脱石和高岭石两种粘土矿物表面的吸附行为,考察了时间、pH值和农药浓度对吸附的影响,并用FTIR探讨了其吸附机理。结果表明,蒙脱石和高岭石对甲萘威的吸附是一个先快后慢的过程,10h吸附可基本达到平衡。用动力学方程对甲萘威的吸附过程进行拟合,发现Elovich方程为最佳模型(R20.93,p0.05,n=12),其次是一级动力学方程和双常数方程;甲萘威在蒙脱石和高岭石表面的等温吸附均很好地符合Langmuir方程(R20.99,p0.05,n=6),其最大吸附量分别为3.651mg/g和1.688mg/g;蒙脱石对甲萘威的吸附强度大于高岭石;在实验pH范围内,甲萘威在两种矿物表面的吸附量均随体系初始pH的升高而减小;红外光谱分析结果表明,甲萘威分子可能通过氢键与蒙脱石和高岭石发生结合。