Cu2+和Pb2+在BS-12两性修饰膨润土上的吸附及其交互作用

两性表面修饰可以同时提高黏土矿物对有机物、重金属的吸附性能,研究两性修饰土对多种重金属共存条件下的吸附及交互作用对于其应用具有实际意义.采用红外光谱(FTIR)对膨润土(CK)和150BS-12修饰土(150BS-12)吸附金属离子前后进行表征,通过批处理法研究不同比例BS-12修饰膨润土对Cu~(2+)和Pb~(2+)在单一及Cu-Pb复合体系中的平衡吸附特征和差异,并探讨金属离子在修饰土样上的交互作用机制.结果表明,供试土样在单一及复合体系中对Cu~(2+)和Pb~(2+)的吸附量均呈150BS-12 100BS-12 50BS-12 CK的顺序,吸附均符合Freundlich和Langmuir模型; BS-12修饰更有利于Cu~(2+)的吸附,但Pb~(2+)在BS-12修饰土样上的吸附量及选择性系数均大于Cu~(2+); Cu-Pb复合体系中,两种金属离子存在相互拮抗的作用,BS-12修饰在减弱Pb~(2+)对Cu~(2+)的拮抗作用的同时增强了Cu~(2+)对Pb~(2+)的拮抗作用,但Pb~(2+)对Cu~(2+)的拮抗作用仍大于Cu~(2+)对Pb~(2+)的拮抗作用;温度升高、p H升高和离子强度降低均能增加对Cu~(2+)和Pb~(2+)的吸附,但其对两种金属离子的影响程度不同,也导致对金属离子间的交互作用产生影响.     

BS+DAS复配修饰膨润土吸附Cr(Ⅵ)和Cd2+的研究

为了研究两性-阴离子复配修饰膨润土对Cr(VI)和Cd2+的吸附性能差异及其机理,并为两性复配修饰黏土矿物治理重金属污染水体提供依据,采用阴离子型有机修饰剂1-癸烷磺酸钠(DAS)复配修饰两性修饰剂十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12或BS)修饰膨润土,研究各供试土样对Cr(VI)和Cd2+的等温吸附曲线及不同温度、pH值和离子强度条件对吸附的影响.结果表明,Langmuir模型能较好地拟合各修饰土样对不同类型重金属离子(Cr(VI)和Cd2+)的吸附曲线,其对Cr(VI)和Cd2+的平衡吸附量均呈现BS+150DAS(150%CEC DAS复配修饰膨润土)BS+100DASBS+50DASBS+25DASBSCK(膨润土)的趋势,且对Cr(VI)、Cd2+的最大吸附量(qm)分别为85.92 mmol·kg-1(100BS+150DAS)和321.89 mmol·kg-1(100BS+150DAS).各供试土样对Cr(VI)和Cd2+的吸附均表现为自发、焓增和熵增的特征,升温可增加其对Cr(VI)和Cd2+的最大吸附量.酸性环境有利于各修饰土样对Cr(VI)的吸附,而不利于对Cd2+的吸附.离子强度增加均降低了各修饰土样对Cr(VI)和Cd2+的吸附.     

两性-阴离子复配修饰对黄棕壤吸附Cd~(2+)的影响

为了探究膨润土吸附Cd~(2+)的最佳条件应用于实际土壤的可行性,在十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)和十二烷基磺酸钠(SDS)复配修饰膨润土对Cd~(2+)吸附的最佳修饰比例基础上,制备了2个系列的BS-12+SDS复配修饰黄棕壤.通过X射线衍射和有机碳含量表征了黄棕壤的结构;研究了黄棕壤对Cd~(2+)的吸附特征,分析了离子强度、pH和温度对黄棕壤吸附Cd~(2+)的影响;讨论了黄棕壤与膨润土以及2种黄棕壤之间对Cd~(2+)吸附的差异.结果表明,2种黄棕壤各修饰土层间距较未修饰土样变化不明显,有机碳含量随土样总修饰比例的增大而升高;复配修饰黄棕壤和膨润土相同,对Cd~(2+)的吸附能力较两性及未修饰黄棕壤增强,30℃时吸附量呈现215BS+322SDS(215%BS-12+322%SDS)215BS(215%BS-12)CK1(43%蒙脱石含量黄棕壤),33BS+49SDS(33%BS-12+49%SDS)33BS(33%BS-12)CK2(6%蒙脱石含量黄棕壤);且Cd~(2+)在2种黄棕壤复配修饰土中的解吸程度均高于CK和BS修饰土.Langmuir模型适合描述黄棕壤对Cd~(2+)的吸附;膨润土对Cd~(2+)吸附的最佳修饰比例应用到黄棕壤中,仍具有对Cd~(2+)最佳吸附效果;黄棕壤修饰土对Cd~(2+)的吸附,随离子强度的增大而减小,pH值对其影响不大,SDS复配修饰后,温度效应由CK、BS修饰土的升温正效应向BS+SDS修饰土的升温负效应转变,和膨润土吸附Cd~(2+)规律相同;CEC是不同基质间吸附Cd~(2+)产生差异的根本原因.     

SDS对两性修饰膨润土吸附Cd2+的影响

采用十二烷基磺酸钠(SDS)复配修饰十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)修饰的两性修饰膨润土,以批处理法研究了不同修饰比例、温度、pH和离子强度下,SDS对两性修饰膨润土吸附Cd2+的影响,并从吸附等温线、温度效应和热力学角度探讨了吸附机制.结果表明,SDS复配修饰显著增强了两性修饰膨润土对Cd2+的吸附能力,修饰土对Cd2+的吸附量呈现BS+150SDS(BS-12+150%SDS)>BS+100SDS(BS-12+100%SDS)>BS+50SDS(BS-12+50%SDS)>BS+25SDS(BS-12+25%SDS)>BS(BS-12)>CK(原土)的顺序.修饰土对Cd2+的吸附等温线符合Langmuir模型.SDS复配修饰后,温度效应由CK和BS两性修饰土的增温正效应逐渐向BS+150SDS两性复配修饰土的增温负效应转变.pH对修饰土吸附Cd2+影响不大.离子强度增加,修饰土对Cd2+的吸附能力下降,但SDS修饰比例增加可以减弱离子强度对修饰土吸附Cd2+的影响.热力学参数结果表明,修饰土对Cd2+吸附是熵增控制的自发性过程,当SDS复配修饰比例<100%CEC时,修饰土对Cd2+吸附为焓增、熵增过程;当SDS复配修饰比例≥100%CEC时,修饰土对Cd2+吸附为焓减、熵增过程.     

不同改良材料对紫色土吸附Cu2+的影响

为了探究不同改良材料添加对紫色土吸附Cu~(2+)的影响,将活性炭(C)、麦饭石(M)、硅藻土(D)、膨润土(B)和活性硅酸钙(S)5种改良材料分别以1%和2%(质量比)添加到紫色土(P)中,形成P-C_(1%)和P-C_(2%)(紫色土+1%和2%活性炭,下同)、P-M_(1%)和P-M_(2%)、P-D_(1%)和P-D_(2%)、P-B_(1%)和P-B_(2%)、P-S_(1%)和P-S_(2%)10种混合土样(P为对照)。批处理法研究不同混合土样对Cu~(2+)的等温吸附和热力学特征,并对比不同温度、pH和离子强度下的吸附差异。结果表明:(1)各供试混合土样对Cu~(2+)的吸附符合Langmuir等温吸附模型,且最大吸附量q_m在65.02～131.34 mmol/kg之间。相同添加比例下,Cu~(2+)的吸附量均呈现出P-BP-DP-CP-SP-M的趋势,且2%添加时效果更佳。(2)温度从20℃增加至40℃时,除P-C以外,其余混合土样对Cu~(2+)的吸附量均随温度的升高而增加。热力学参数表明各混合土样对Cu~(2+)的吸附是一个自发、吸热和熵增的过程。(3)pH在3～5范围内,各供试混合土样对Cu~(2+)的吸附量均随pH的升高而增大(P-S除外)。随着离子强度的增加,各混合土样对Cu~(2+)的吸附量均表现出先增大后减少的趋势,以0.10 mol/L时最大。     

BS-CTMAB复配修饰膨润土的稳定性

为了探究两性阳离子复配修饰膨润土的解吸稳定性,采用阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)对两性表面活性剂十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)修饰后的膨润土进行复配修饰,批处理法研究Na Cl溶液解吸下的土样稳定性,并对比温度、p H和盐溶液浓度对解吸的影响.结果表明:在相同BS-12修饰比例下,BS-CTMAB复配修饰膨润土的稳定性随CTMAB复配修饰比例的增加而减小;在相同CTMAB的修饰比例下,100%BS复配的土样相比50%BS稳定性更佳.解吸液p H和Na Cl溶液浓度的升高、温度的降低均促进土样稳定性增强;Na Cl溶液浓度、温度和p H值对BS-CTMAB复配修饰膨润土稳定性影响呈现为Na Cl溶液浓度最大,温度次之,p H值最小;100%BS+CT复配土样的解吸稳定性最好.     

BS-18两性修饰膨润土对四环素和诺氟沙星复合污染的吸附

环境中抗生素污染已经成为当前研究的热点问题.为了探讨长碳链两性修饰膨润土对不同类型抗生素复合吸附的效应及机制,采用两性表面活性剂十八烷基二甲基甜菜碱（BS-18）修饰膨润土,研究了不同修饰比例、温度、pH值及离子强度条件下,BS-18两性修饰膨润土对四环素和诺氟沙星在单一及复合条件下的吸附,并结合两性修饰膨润土的表面特征来探讨其吸附机制.结果表明,与CK相比,经BS-18修饰后的土样CEC和比表面积下降,总碳和总氮含量上升.BS-18两性修饰膨润土对四环素的吸附量顺序为CK > 100BS > 25BS > 50BS,吸附符合Langmuir模型;而对诺氟沙星的吸附量顺序为25BS > 50BS > CK > 100BS,吸附符合Henry模型.四环素和诺氟沙星复合体系中,供试土样对四环素和诺氟沙星的吸附量均高于单一体系.随着温度的升高,两性修饰膨润土对四环素的吸附呈增温正效应,而对诺氟沙星随温度的升高吸附量总体上呈现下降的规律;当离子强度由0.001 mol·L^-1增加到0.5 mol·L^-1时,会抑制各供试土样对四环素和诺氟沙星的吸附;溶液pH会影响抗生素的存在形态,进而影响供试土样对其的吸附.BS-18修饰膨润土吸附四环素主要以电荷引力为主,而对诺氟沙星吸附则以电荷引力和疏水结合共同作用为主,两者辛醇/水分配系数对数值（lgKow）的不同以及结构的差异造成了吸附模式的不同;四环素+诺氟沙星复合体系中,形成了TC+NOR混合物促进了土样的吸附.     

两性修饰膨润土对苯酚的吸附及热力学特征

采用两性修饰剂十八烷基二甲基甜菜碱(BS-18)制备两性修饰膨润土,通过X射线衍射和有机碳质量分数分析表征了修饰土的结构;以批处理法研究了两性修饰膨润土对苯酚的吸附规律,考察了修饰比例、温度、pH和离子强度这4个因素对吸附的影响,并从吸附等温线和吸附热力学角度分析探讨了其吸附机制.结果表明,两性修饰土的底面层间距与修饰比例呈正相关;两性修饰后的土样对苯酚的吸附能力显著增强,20℃和40℃时均表现为150BS(150%BS-18)>100BS(100%BS-18)>50BS(50%BS-18)>25BS(25%BS-18)>CK;吸附量随温度、pH的增加而减小,随离子强度的增大而增大;Henry模型适用于描述苯酚的吸附;苯酚在供试土样上的吸附以分配作用为主,分配系数与有机碳质量分数呈正相关;BS-18修饰土样吸附苯酚是一个自发的物理吸附过程,在0～100%CEC比例时,随修饰比例的增大,吸附呈现焓减、熵增特征,而100%～150%CEC阶段,吸附则表现出相反的特征.     

两性修饰磁化炭对紫色土吸附菲的增强作用

为了验证两性修饰磁化炭材料对紫色土吸附菲的增强作用,采用共沉淀负载Fe_3O_4法和湿法有机负载分别制备了磁化炭(MC)和不同十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)修饰比例的两性修饰磁化炭(BS+MC),将其以1%的质量比加入到紫色土(PS)中,分别形成PS_(MC)和PS_(BS+MC)混合样品,批处理法研究各混合样品对菲的等温吸附和热力学特征,并对比了不同温度、离子强度和pH值对菲吸附的影响。结果表明:(1) MC和BS-MC材料的添加均增强了PS对菲的吸附能力,菲吸附量呈现PS_(200BS+MC)> PS_(150BS+MC)> PS_(100BS+MC)> PS_C> PS_(MC)> PS_(50BS+MC)> PS_(25BS+MC)> PS的趋势,PS_(BS+MC)对菲的吸附量随着添加材料上BS-12修饰比例的增加而增加。(2)菲在各供试土样上的吸附均表现为增温负效应(物理吸附),溶液pH值变化仅对PS_(150BS+MC)和PS_(200BS+MC)吸附菲有显著影响。离子强度增大不利于各供试土样对菲的吸附。(3) Henry模型适用于描述菲在供试土样上的等温吸附,且该过程呈现自发的、焓减和熵增的特征。从PS_C到PS_(MC)再到PS_(BS+MC),吸附过程呈现自发性、放热量和混乱度均增大的特征。     

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.     

两性复配修饰黏土对苏丹草修复Cu2+污染紫色土的影响

为了探索添加吸附材料对植物修复Cu²⁺污染土壤的影响,选取不同十二烷基二甲基甜菜碱 （BS-12）和十四烷基磺酸钠 （STS）复配修饰比例（50%BS-12+25%STS、50%BS-12+50%STS和50%BS-12+100%STS）的膨润土作为吸附材料,将其分别以1%的质量比加入到紫色土（PS）中,形成PS（对照）、PBS₂₅（50%BS-12+25%STS修饰膨润土混合紫色土）、PBS₅₀和PBS₁₀₀四种混合土样。采用盆栽实验对比苏丹草在0（CK）、50、100、200和500 mg/L Cu²⁺污染混合土样中的发芽率、株高、地上部和根系生物量,并分析混合土样和苏丹草对Cu²⁺污染的修复效果。结果显示,随着Cu²⁺处理浓度的增加,苏丹草在PS上的种子发芽率逐渐降低,而在各PBS土样上的发芽率基本保持先增加后稳定的趋势;不同Cu²⁺污染混合土样上的苏丹草株高均随生长时间的增加而增加。苏丹草地上部、根系干重和鲜重在PBS₂₅、PBS₅₀土样上均随Cu²⁺处理浓度的增大而降低,而在PS和PBS₁₀₀土样上均随Cu²⁺处理浓度的增加先增加后降低,峰值分别出现在200和100 mg/L的Cu²⁺处理。Cu²⁺污染处理下苏丹草各生理指标之间均保持中度以上正相关关系,且相关系数表现为PBS₁₀₀最高、PBS₂₅和PBS₅₀次之、PS最低的趋势。各混合土样对Cu²⁺的吸附能力表现为PBS₂₅ > PBS₅₀ > PBS₁₀₀ > PS,苏丹草对Cu²⁺的富集含量表现为PS > PBS₁₀₀ > PBS₅₀ > PBS₂₅的趋势,苏丹草联合两性复配黏土修复Cu²⁺污染紫色土的修复率达99%以上。     

两性-阳离子复配修饰塿土对苯酚的吸附

研究了采用两性表面修饰剂十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)和阳离子表面修饰剂十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)复配修饰塿土后对苯酚的吸附反应和热力学特征,并探讨其吸附机理.结果表明,复配修饰后的土样对苯酚的吸附能力明显增强.20℃时表现为CK(原土)<50BS(50%BS-12)<100BS(100%BS-12)<50BS+25CT(50%BS-12+ 25%CTMAB)<100BS+25CT (100%BS-12+25%CTMAB)<50BS+ 50CT(50%BS-12+50% CTMAB)<100BS+50CT(100%BS-12+50%CTMAB), 40℃时表现为CK(原土)<50BS(50%BS-12)<100BS (100%BS- 12)<50BS+25CT(50%BS-12+25%CTMAB)<50BS+50CT(50%BS-12+50%CTMAB)<100BS+25CT(100%BS-12+25%CTMAB)<100BS+50CT (100%BS-12+50%CTMAB).其吸附等温线可用Henry模型描述.供试土样对苯酚的吸附呈现放热焓减反应特征,属于焓减控制的自发性过程.     

双子型复配增强两性膨润土吸附Cr(VI)的效应

在两性修饰剂十二烷基二甲基甜菜碱（BS）修饰膨润土的基础上,采用双子型阳离子修饰剂乙撑基双十四烷基二甲基氯化铵（EB）对其进行复配修饰,以批处理法研究了不同修饰比例、温度、pH值和离子强度条件下,BS+EB复配修饰膨润土对Cr（VI）的吸附规律和热力学特征,并通过吸附Cr（VI）前后BS+EB复配修饰膨润土的红外光谱和表面电荷探讨了其吸附机制.结果表明,与BS两性修饰膨润土比较,EB复配修饰显著增强了其对Cr（VI）的吸附能力,吸附量增加了2.02~27.25倍,30℃时吸附量呈现BS+150EB（BS和150%比例的EB复配修饰膨润土） > BS+100EB > BS+50EB > BS+25EB > BS > CK（膨润土）的趋势,对Cr（VI）的吸附量随EB修饰比例增加而上升.CK、BS修饰膨润土对Cr（VI）呈现自发、熵增和焓增的特征,而BS+EB复配修饰膨润土对Cr（VI）吸附量随着温度的升高而降低,呈现出增温负效应.随着pH值的升高、离子强度增加,各供试土样对Cr（VI）的吸附量逐渐降低.红外光谱和土壤表面电荷结果证实电荷引力是BS+EB复配修饰土吸附Cr（VI）的主要机制.     

施加生物炭对河流沿岸土吸附铜的影响机制

为探究生物炭施加对河流沿岸土吸附铜的影响机制,采集嘉陵江流域(川渝段)内苍溪(CX)、南部(NB)、嘉陵(JL)和合川(HC)沿岸土表层(S,0～20 cm)、亚表层(D,20～40 cm)共8种土样,分别将1%(质量比)生物炭(B)加入到8种土样中形成混合土样(CX_(SB)、NB_(SB)、JL_(SB)和HC_(SB); CX_(DB)、NB_(DB)、JL_(DB)和HC_(DB))。以原始土样作为对照,批处理法研究各供试土样在不同温度、pH和离子强度下的Cu~(2+)吸附和热力学特征,并分析Cu的吸附形态。结果显示:(1)各供试土样对Cu~(2+)的等温吸附都适用Langmuir模型描述,Cu~(2+)的最大吸附量q_m在62. 20～363. 64 mmol/kg之间,S层土样对Cu~(2+)的吸附量均呈现JL NB CXHC的趋势,而D层土样呈现JL CX NB HC的趋势。施加生物炭有助于增强D层土壤对Cu~(2+)的吸附。(2) 20～40℃范围内,各供试土样对Cu~(2+)的吸附量均随温度的升高而升高,表现为增温正效应。热力学参数结果表明各混合土样对Cu~(2+)的吸附是一个自发、吸热和熵增的过程。(3) pH的升高有利于各供试土样对Cu~(2+)的吸附。随着离子强度的增加,各混合土样(HC_S和HC_D除外)对Cu~(2+)的吸附量均呈现先增后降的趋势,0. 1 mol/L时最大。(4)土样中吸附的铜主要以碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态铜存在,生物炭的施加增加了土样中可交换态(HC除外)和有机结合态铜含量,而对碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态铜影响较小。供试土样对Cu~(2+)的q_m主要是由CEC和比表面积决定的。     

Adsorption and desorption of Cu on paddy soil aggregates pretreated with different levels of phosphate

Interactions between anions and cations are important for understanding the behaviors of chemical pollutants and their potential risks in the environment. Here we prepared soil aggregates of a yellow paddy soil from the Taihu Lake region, and investigated the effects of phosphate (P) pretreatment on adsorption-desorption of Cu²⁺ of soil aggregates, free iron oxyhydrates-removed soil aggregates, goethite, and kaolinite with batch adsorption method. The results showed that Cu²⁺ adsorption was reduced on the aggregates pretreated with low concentrations of P, and promoted with high concentrations of P, showing a V-shaped change. Compared with the untreated aggregates, the adsorption capacity of Cu²⁺ was reduced when P application rates were lower than 260, 220, 130 and 110 mg/kg for coarse, clay, silt and fine sand fractions, respectively. On the contrary, the adsorption capacity of Cu²⁺ was higher on P-pretreated soil aggregates than on the control ones when P application rates were greater than those values. However, the desorption of Cu²⁺ was enhanced at low levels of P, but suppressed at high levels of P, displaying an inverted V-shaped change over P adsorption. The Cu²⁺ adsorption by the aggregate particles with and without P pretreatments was well described by the Freundlich equation. Similar results were obtained on P-pretreated goethite. However, such P effects on Cu²⁺ adsorption-desorption were not observed on kaolinite and free iron oxyhydrates-removed soil aggregates. The present results indicate that goethite is one of the main soil substances responsible for the P-induced promotion and inhibition of Cu²⁺ adsorption.