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无机-有机改性蒙脱土及其在污水处理中的应用
来源:中国粉体技术网    更新时间:2022-11-03 15:41:42    浏览次数:
 
  虽然蒙脱土可利用自身特性对水中污染物进行去除,但蒙脱土层间亲水性的无机离子使其对水中有机污染物的选择吸附性较差。
  
  目前主要利用酸改性、表面改性和无机柱撑等手段提高蒙脱土对水中有机污染物的吸附能力,如酸处理蒙脱土有较大的比表面积和阳离子交换性能,常用于吸附阳离子型污染物;有机改性蒙脱土表面疏水,是疏水性有机物污染物良好的吸附材料;柱撑蒙脱土对无机污染物吸附性能良好。
  
  但废水中往往含有多种有毒有害物质,单一改性蒙脱土在处理含多种污染物的废水时存在对某一物质吸附性能良好,而对其他有毒物质吸附性能较差的问题,有研究表明多种改性手段并用可有效提高蒙脱土对水中污染物的去除能力并提升其重复利用能力。
  
  无机盐改性是通过蒙脱土(MMT)层间阳离子与一种或多种无机金属水合阳离子进行离子交换,水合阳离子平衡硅氧四面体上负电荷的同时,与层间溶剂共同作用使蒙脱土剥离分散为单晶片,提高MMT对水中污染物的吸附能力。
  
  但无机盐改性蒙脱土仅对水中含氧阴离子表现出极大的亲和性,对磷酸根离子等并没有表现出特别强的吸附能力,而有机表面活性剂改性蒙脱土能大幅改善蒙脱土对重金属的吸附选择性,但会造成蒙脱土的孔隙结构堵塞,使孔容和比表面积减小,不利于对污染物的吸附。
  
  因此,研究者先用聚合金属阳离子插层蒙脱土,经煅烧后制成柱撑蒙脱土,再采用表面活性剂或硅烷偶联剂进行二次改性制备无机-有机复合改性蒙脱土。
  
  无机-有机复合改性主要以表面活性剂或者有机硅烷作为有机改性剂,以聚合羟基金属离子为无机柱撑剂,所得有机-无机复合改性蒙脱土同时含有有机和无机两种类型的活性基团,既有柱撑蒙脱土的机械构架和稳定作用,又有机蒙脱土的疏水作用,具有较大的孔容和比表面积,在对重金属离子具有良好的吸附选择性的同时,还可实现对有机污染物的协同吸附。
  
  无机金属水合阳离子首先与蒙脱土层间阳离子进行离子交换,使蒙脱土剥离分散,后经焙烧形成层间距较大的无机柱撑蒙脱土,有机表面活性剂随之进入蒙脱土层间形成无机-有机改性蒙脱土。
  
  RATHNAYAKE等以Ca-MMT为原料制备了Al柱撑十八烷基三甲基溴化铵复合改性MMT,Cr6+和双酚A吸附实验表明吸附过程中Cr6+与Al柱撑金属聚阳离子和十八烷基三甲基铵盐之间存在静电作用,同时体系中存在FeO,可通过氧化还原反应使Cr6+还原为低毒的Cr3+,同时Cr3+吸附于双酚A表面从而降低对生命和环境的影响。
  
  ZHU等采用烷基氯硅烷改性Al13柱撑蒙脱石,制备无机-有机复合黏土(SPILCs)。SPILCs具有比未改性蒙脱石更高的有机碳含量,并含有比单一表面活性剂改性有机蒙脱石更大的比表面积、更高的疏水性和优良的孔结构,且热稳定性更高。
  
  QIN等采用三种有机硅烷对Al13插层/铝柱撑蒙脱石进行表面改性,XRD和FTIR表明硅烷主要嫁接于蒙脱土层间铝柱表面。
  
  ZHANG等采用羧甲基壳聚糖对钠基蒙脱土进行改性,分子模拟表明羧甲基纤维素分散于蒙脱土的层间和表面,且羧甲基纤维素与蒙脱土表面形成了氢键和范德华力,水溶液中Pb(Ⅱ)和刚果红的吸附实验表明羧甲基壳聚糖改性钠基蒙脱土比钠基蒙脱土和羧甲基壳聚糖有更高的吸附容量,羧甲基壳聚糖改性钠基蒙脱土对Pb(Ⅱ)和刚果红的吸附容量分别可达87.95mg/g和81.77mg/g。
  
  ZERMANE等制备了铁表面活性剂改性钠基蒙脱石(Fe-SMPM),以不同pH下溶液中碱性黄28(BY28)和4-硝基苯酚(4-NP)的吸附去除情况对所制备材料的吸附性能进行评价,结果表明随着pH的升高,BY28和4-NP的吸附容量均增大,同时在二元体系中BY28可增强4-NP在改性蒙脱土上的吸附。
  
  BOUBERKA等制备了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性铬插层膨润土和铝插层膨润土,超醇黄4GL吸附实验表明CTAB改性铬插层膨润土比CTAB改性铝插层膨润土具有更好的吸附性能,两者对超醇黄4GL的平衡吸附容量分别为142.85mg/g和128.20mg/g。THUE等以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)对钠基蒙脱土进行改性,表征结果表明APTES成功接枝于蒙脱土层间和表面且末端氨基(—NH2)的存在使蒙脱土的亲水性能更强。水溶液中酸性红1和酸性绿25的吸附实验表明,APTES接枝蒙脱土吸附性能优异,对两者的最大吸附量分别为364.1和397mg/g。
  
  张静等采用静电纺丝结合溶液插层法制备了醋酸纤维素@壳聚糖改性钠基蒙脱土(CA@CS-MMT)复合纳米纤维,水溶液中Cr(Ⅲ)(50mg/L)的吸附实验表明,在25℃,pH为5.5±0.1时,CA@CSMMT(0.2g/L)对水中Cr(Ⅲ)具有良好的吸附性能,拟合最大吸附量可达144.93mg/g。
  
  也有研究者在交联壳聚糖存在下将Fe3O4和γ-Fe2O3负载于蒙脱土表面,提升蒙脱土基吸附剂的回收再利用能力。天然矿物表面带负电荷,而磁性纳米粒子(Fe3O4和γ-Fe2O3)在不同pH下呈现不同电荷,故磁性纳米粒子(Fe3O4和γ-Fe2O3)改性蒙脱土在酸碱环境中对污染物具有和好的吸附能力,且易于从溶液中分离。
  
  AGNÈSBÉE等制备了γ-Fe2O3-壳聚糖-蒙脱土复合材料,对亚甲基蓝的吸附实验表明在没有蒙脱土存在下,γ-Fe2O3-壳聚糖对亚甲基蓝的吸附能力在pH为8.5时达到最大,吸附容量可达82mg/g,此时吸附主要依靠γ-Fe2O3表面负电荷与亚甲基蓝正电荷间的吸引力,随着pH的降低,γ-Fe2O3表面正电荷增加,γ-Fe2O3与壳聚糖的正电荷与亚甲基蓝的正电荷相互排斥,亚甲基蓝的吸附率下降,而有蒙脱土存在下,蒙脱土表面的永久负电荷使γ-Fe2O3对阳离子染料亚甲基蓝的吸附pH范围扩大,且对阴离子染料的甲基橙的吸附能力也大大增加。
  
  COTTET等以FeCl3、FeSO4和蒙脱土制备了Fe3O4改性蒙脱土,Fe3O4表面的正电荷和蒙脱土表面的负电荷间的静电引力使Fe3O4均匀分散在蒙脱土表面,吸附实验表明,Fe3O4改性蒙脱土对溶液中的亚甲基蓝有良好的吸附能力,最大吸附容量可达71.12mg/g。
  
  汤睿等以天然膨润土、FeCl3·6H2O、NH3·H2O、羧甲基纤维素(CMC)和壳聚糖(CS)制备了双有机修饰的有机磁性膨润土(MB-CC),表征结果表明,磁性Fe3O4纳米粒子和羧甲基纤维素与壳聚糖形成的有机共聚膜成功固定于膨润土;环丙沙星(CIP)和四环素(TC)的吸附实验表明,在pH为5、温度为25℃时,MB-CC对CIP和TC的吸附容量分别为182mg/g和189mg/g,经过5次循环,MB-CC对CIP和TC的去除率仍然保持在90%以上。
  
  资料来源:《刘正江,郭沙沙,张云婷,等.复合改性蒙脱土在污水处理中的应用研究进展[J].精细化工,2022,39(05):873-881+914》,由【粉体技术网】编辑整理,转载请注明出处!
  
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