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本文以天然蒙脱石和13X分子筛为改性基体,经阳离子表面活性剂——十六烷基三甲基溴化铵(HDTMAB)和阴离子表面活性剂——十二烷基磺酸钠(SDS)有机柱撑(改性)获得HDTMAB柱撑蒙脱石、HDTMAB改性13X分子筛和HDTMAB-SDS复合柱撑蒙脱石三种微孔型改性矿物材料。并用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热分析(TG-DTG)、元素分析(ElementalAnalysis)、比表面积和孔性分析等多种表征手段对以上三种材料进行了结构研究。在结构研究基础上,以HDTMAB柱撑蒙脱石和HDTMAB改性13X分子筛作为吸附剂分别对对硝基苯酚(para-Nitrophenol)、十二烷基磺酸钠进行了吸附实验研究,考察了其吸附有机污染物的能力。同时,研究了矿物材料吸附性能与介质溶液pH值、吸附质浓度、表面活性剂载量以及蒙脱石、分子筛的矿物学特性等条件的关系,探讨HDTMAB柱撑蒙脱石和HDTMAB改性13X分子筛分别对对硝基苯酚和十二烷基磺酸钠的吸附机理。
本文主要取得了如下研究成果:
1、以天然蒙脱石和13X分子筛为改性基体,通过一定流程合成HDTMAB柱撑蒙脱石、HDTMAB改性13X分子筛、HDTMAB-SDS复合柱撑蒙脱石等微孔型改性矿物材料。
2、采用XRD、FTIR、TG-DTG和Elemental Analysis等多种表征测试手段对HDTMAB柱撑蒙脱石和HDTMAB改性13X分子筛进行结构研究,证明HDTMAB进入蒙脱石和分子筛内部,改善了它们的表面亲和性。HDTMAB柱撑蒙脱石的比表面积较原蒙脱石大幅下降,HDTMAB改性13X分子筛的孔性较原13X典型的微孔型结构有较大改变,在分子筛晶粒间形成了堆垛介孔结构。
3、证明进行HDTMAB预柱撑可使SDS进入蒙脱石层间。SDS进入蒙脱石层间与HDTMAB形成复合胶束,可以增加柱撑蒙脱石的有机碳含量,进一步扩大层间域。
4、改性13X对对硝基苯酚吸附实验中,低载量改性13X分子筛吸附性能优于同载量柱撑蒙脱石,且吸附量随负载量升高而增加;但高负载情况下改性13X分子筛吸附性能弱于中等载量改性13X分子筛。本研究认为其原因是高载量改性造成堆垛介孔被HDTMAB占据,产生空间位阻效应。
5、改性13X分子筛对SDS的吸附实验显示,高载量改性13X吸附量高于中低载量改性13X分子筛,中等载量改性13X分子筛低于同载量HDTMAB柱撑蒙脱石。对应的吸附机理是:改性13X分子筛对SDS的吸附可通过外表面静电吸附作用,随HDTMAB排布密度增加而提高吸附量;而HDTMAB柱撑蒙脱石对SDS的吸附实验显示蒙脱石不仅可以通过外表面静电吸附,还可以在层间吸附更多的SDS。