BS-12和CTMAB复配修饰膨润土对苯酚、Cd2+和CrO42-平衡吸附的研究

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工农业生产中污水、废气、固体废物、农药等物质的排入,使得土壤、水体中有机、重金属复合污染物已越来越成为环境污染的主要形式。目前采用不同种类和组成的表面修饰剂修饰黏土矿物已广泛应用于土壤、水体环境治理和修复等方面,使得有机修饰土样成为环境科学研究的热点之一。本文以阳离子交换量高的膨润土作基质,在两性表面修饰剂十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)修饰的基础上,以阳离子表面修饰剂十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)进行复配修饰,通过有机碳含量、X射线衍射、红外光谱及比表面积对BS+CT两性复配修饰膨润土的结构进行表征。采用批处理法探究了不同修饰比例、温度、pH和离子强度等条件下,复配修饰膨润土对有机污染物苯酚和重金属离子Cd2+、CrO42-吸附规律和热力学特征,并探讨了其吸附机制,目的在于为BS+CT两性复配修饰土对污染物吸附的研究和应用提供理论依据。论文取得的结论如下:1)在50BS、100BS两性修饰膨润土样基础上,复配不同修饰比例CTMAB后,各复配修饰土样中有机碳含量均随着CT修饰比例的增加而逐渐增大,而比表面积随着CT修饰比例的增加而逐渐减少;当BS-12和CTMAB修饰比例之和在0~150%CEC时,BS+CT复配修饰土样的内部层间距d值随着CT修饰比例的增加逐渐增大;当两者修饰比例之和超过150%CEC时,BS+CT复配修饰土样会出现“外部层间距”,说明两种复配修饰剂开始由层间插层吸附逐步向外部表面吸附方式转变。BS+CT两性复配修饰土样层间距d值和有机碳含量均高于BS单一修饰土样和膨润土原土。2)对苯酚的平衡吸附实验表明,在50BS、100BS两性修饰膨润土基础上,复配阳离子型表面修饰剂CTMAB后,显著提高了两性修饰土样对苯酚的吸附能力,对单一苯酚的最大吸附量为原土的31.03倍,分别是50BS、100BS的9.47、3.76倍;BS+CT两性复配修饰土对苯酚的平衡吸附量与修饰时所用的修饰比例有关,当CT加入量小于100%CEC时,两性复配修饰土样对苯酚的吸附量随着修饰比例的增加而升高,而在100%~150%CEC阶段,随CT修饰比例的增大,两性复配修饰土样对苯酚的吸附量有所降低。在苯酚+Cd2+复合处理下,除100BS修饰土样外,Cd2+的存在对其余各供试土样吸附苯酚具有抑制作用;BS+CT两性复配修饰土样对苯酚的吸附以物理吸附为主,表现出增温负效应;pH升高不利于苯酚吸附。在低浓度范围内,各供试土样对苯酚的吸附量随着离子强度的增大而升高。苯酚吸附的热力学特征表现为自发的、放热熵增的物理吸附过程,吸附呈现放热减小而混乱度增大的特征,其吸附等温线适合用Henry模型描述。3)对重金属阳离子Cd2+的平衡吸附实验表明,BS-12单一修饰增加了膨润土样对Cd2+的吸附能力,BS修饰土样对Cd2+的吸附能力随BS-12修饰比例的增加而增强;在两性修饰膨润土样基础上复配CTMAB后,总体上两性复配修饰土样吸附Cd2+的能力随着CT修饰比例的增加逐渐减弱;苯酚存在对低复配修饰比例的土样吸附Cd2+具有抑制作用,而对高复配修饰比例土样具有促进作用;Cd2+的吸附等温线可用Langmuir模型来描述;BS+CT两性复配修饰土样对Cd2+的吸附具有增温正效应,pH升高有利于Cd2+吸附,而离子强度的增大不利于Cd2+吸附;各供试土样对Cd2+吸附总体表现为熵增控制的自发性过程,从CK到BS两性修饰土再到BS+CT两性复配修饰土,对Cd2+吸附呈现由吸热转变为放热、混乱度降低的特征。4)对重金属阴离子CrO42-的平衡吸附表明,BS-12单一修饰增加了膨润土样对CrO42-的吸附能力,BS修饰比例对CrO42-的吸附能力影响不大;在两性修饰膨润土样基础上复配CTMAB后,能显著提高两性修饰土样对CrO42-的吸附能力,BS+CT两性复配修饰膨润土样对CrO42-的最大吸附量为原土的12.25倍,分别是50BS、100BS的3.64、3.94倍,且BS+CT两性复配修饰土样对CrO42-的平衡吸附量随CT修饰比例的增加而增加;重金属阴离子CrO42-的吸附等温线也适合用Langmuir模型描述;BS+CT两性复配修饰土样对CrO42-的吸附具有“感温钝化”的特征;pH升高和离子强度的增大均不利于供试土样对CrO42-的吸附。各供试土样对CrO42-的吸附是一个自发性过程,从CK到BS两性修饰土再到BS+CT两性复配修饰土,对CrO42-吸附呈现由吸热转变为放热、混乱度降低的特征。
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