金属离子/氧化物插入对层状粘土和抗生素相互作用行为的影响和机理

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蒙脱石作为一种绿色环保的新型材料,近年来在吸附、催化降解污染物方面得以广泛的应用。本文以金属离子/氧化物改性蒙脱石作为吸附材料,对废水中的左旋氧氟沙星这一抗生素污染物进行吸附研究。首先对改性过后的蒙脱石进行表征分析,然后,系统考察pH值、吸附剂用量、吸附时间和吸附温度对吸附过程的影响,最后通过对热力学和动力学的考察,得到改性蒙脱石吸附左旋氧氟沙星的吸附热力学和动力学参数,研究的主要内容和结论如下:(1)通过对Fe-P-MT的表征研究显示:改性之后的蒙脱石具有比未改性前比表面积大幅上升、微孔结构增加、层间距增高等特点。通过吸附实验可知,当pH值为6~7、吸附剂用量在0.5g·L-1时最大吸附量为41.13 mg·g-1; Fe-P-MT吸附左旋氧氟沙星分为快吸附和慢吸附两个过程,通过对动力学和热力学的考察以及红外表征发现Fe-P-MT吸附左旋氧氟沙星为单分子层化学吸附,吸附过程是自发的吸热反应。通过对盐浓度对吸附过程的影响发现,磷酸盐的存在会降低饱和吸附量,这是可能是因为磷酸盐和柱撑蒙脱石中的铁离子发生络合形成单原子螯合配位体(-Fe1OPO2OH-1.5)和双原子螯合配位体(-(Fe1O)2PO2-2),因而磷酸盐浓度的增大导致吸附量的减小。(2)阳离子改性蒙脱石吸附左旋氧氟沙星在pH值在6~7的时候达到最大饱和吸附量分别为82.88、94.60、96.72、和106.20mg·g-1;通过对阳离子改性蒙脱石吸附左旋氧氟沙星之后溶液中阳离子释放的检测发现,除了Fe-MT,其余阳离子改性蒙脱石在吸附过程中均参与不同程度的离子交换反应,几种阳离子被交换出来的能力大小次序为Mg2+ >Cu2+>Al3+>Fe3。结合红外表征和对动力学及热力学的考察,最后得出金属阳离子改性蒙脱石的吸附机理为:Fe-MT吸附左旋氧氟沙星机理为表面或层间金属离子络合反应;Mg-MT、Al-MT和Cu-MT吸附左旋氧氟沙星不仅有络合反应,而且有层间金属离子交换反应。(3)氧化锰改性后的蒙脱石对左旋氧氟沙星有着较好的吸附能力,由于浓碱处理过的蒙脱石表面带有过多的负电荷,因此在pH值处于2.00~3.00时吸附量达到最大值,可以达到78mg·g-1。吸附过程符合二级动力学和Langmuir等温吸附模型,加之对热力学参数的考察,表明吸附过程为自发的单分子层化学吸附。综上所述,蒙脱石经过金属离子/氧化物改性之后,均对左旋氧氟沙星有良好的吸附能力,说明改性蒙脱石作为一种廉价绿色的吸附剂,可应用于对水污染的治理。
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