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有机膨润土对有机污染物具有良好的吸附效能,在废水、废气吸附处理以及土壤、地下水污染修复等方面具有潜在的应用前景。深入研究有机膨润土吸附机理及吸附构效关系可为有机膨润土的污染控制理论提供理论支持。
本文主要研究了表面活性剂在膨润土上不同负载量情况下,有机膨润土样品表面和层间结构特点及其对水中有机污染物吸附规律。围绕表面活性剂对有机污染物在有机膨润土上吸附行为影响这一中心,深入探讨了随载量变化表面活性剂在有机膨润土层间域内主要相态和结构特征的变化,以及有机膨润土结构特征对其吸附行为变化的解释,深化了对有机膨润土吸附行为构效关系的认识。研究取得了一些创新性研究成果。
(1)制备了表面活性剂载量分别为0.20~2.56倍阳离子交换容量(CEC)的系列有机膨润土,水中硝基苯、苯胺、苯酚、β-萘酚四种有机污染物在系列有机膨润土上的吸附规律研究表明,有机碳含量的增加并不一定完全增大有机膨润土对疏水性有机污染物的吸附能力和效率。有机碳含量和膨润土中矿物含量标化的吸附系数Koc和Kb并不为常数,且在表面活性剂载量在1.0~1.2倍CEC情况下,有机膨润土的Koc和Kb最高;低于此载量时,Koc和Kb逐渐上升:高于此载量时,Koc和Kb逐渐下降。表面活性剂脱附实验证明,在高载量有机膨润土上吸附系数Koc和Kb下降并不是由脱附的表面活性剂在水相中形成胶束而引起的。
(2)采用XRD,BET-N2,DTA-TG-DTG,FTIR和AFM等分析测试技术对有机膨润土结构和晶体化学的研究表明,表面活性剂载量提高使得膨润土比表面积下降,分形维数降低;水相环境对高载量有机膨润土的层间域内有机相结构的影响有限;水环境中,层间有机相随载量变化也存在似液态向似固态相态的变化过程;水相中,有机膨润土具有吸附胶束的特殊的双分子层结构。
(3)层间堆垛密度的增加以及吸附态表面活性剂分子引起的空间位阻效应引起有效吸附空间的不足,这是导致高载量有机膨润土对有机污染物吸附量和吸附效率下降的主要原因。
总体看来,层间有机相内有机相分子/离子的性质、构型及排布方式等也会随着有机质载量的提高而逐渐变化,这种动态的变化对有机膨润土吸附规律影响不容忽视。