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本文以胡敏酸(humic acid,HA)和甘氨酸(glycin,GLY)分别作为高、低分子有机酸的代表,首先通过化学平衡反应制备高岭石/胡敏酸、高岭石/甘氨酸复合体。研究发现胡敏酸、甘氨酸在高岭石表面的吸附主要以配位反应为主,同时也受阳离子键桥、疏水性作用和氢键等弱作用力。对各种高岭石进行XRD表征可知:经两种有机酸改性后高岭石层间距变化不大,胡敏酸与甘氨酸均未插入高岭石的层间。通过红外谱图可知:羟基峰增强或减弱,说明高岭石与胡敏酸、甘氨酸发生了化合键合;复合甘氨酸后高岭石的羟基弯曲振动吸收峰变窄,表面由亲水性变成疏水性,而高岭石胡敏酸复合体中出现了有机物C-H振动的特征吸收。
其次实验研究了高岭石源矿、高岭石-胡敏酸复合体及高岭石-甘氨酸对铜、镉、铬、的吸附行为。结果表明,经有机酸改性后的高岭石由于其层间距的增大,其对重金属离子吸附的吸附性能比高岭土原矿要强。尤其经甘氨酸改性后的高岭石,除了层间距增大外,其电负性也增强,所以对金属刚离子的吸附性能也大大增强。吸附去除率受pH值、重金属离子的初始浓度、反应时间等因素的影响。pH值对粘土矿物吸附重金属离子的吸附影响很大,粘土对重金属离子的吸附随pH值的升高而增加。随着金属离子浓度的增加,粘土对金属离子的吸附量也随之增加,但重金属离子的去除率却随金属离子浓度的增加而减小。当重金属离子的浓度达到一定时,吸附达到饱和,吸附量不再增加,因此各种粘土比较适应于低浓度重金属溶液。各种粘土对重金属的吸附速度非常快,基本在20到30分钟就能达到吸附平衡。各种粘土对重金属离子的吸附都可以很好的用Langmuir方程式来描述,其所有的相关系数R2>0.98。其中qm反应了粘土的吸附能力,从qm可知:高岭土-甘氨酸复合体的吸附能力最强,高岭土-胡敏酸复合体次之,而原矿的最大吸附容量最小。高岭石-胡敏酸复合体动力学研究表明Elovich方程和一级常数方程对各种离子吸附解吸的动力学过程拟合较好;高岭石-甘氨酸复合体动力学研究表明Elovich方程和双常数方程对各种离子吸附解吸的动力学过程拟合较好。
最后对复合体吸附重金属后进行表征,XRD图谱表明两种复合体吸附Cu2+、Cd2+、Cr3+后层间距变化均不显著。红外图谱也表明重金属离子未与高岭石层间域离子发生交换,而与高岭石表面的-COOH发生了反应。