工业技术
98 2015年42期改性膨润土对废水的脱色性能研究杨鹏飞许红岩周利平
国电赤峰化工有限公司，内蒙古赤峰 024000
摘要：改性膨润土是一种具有价格低廉、储量多、吸附量大的特点，也是经常被使用于水处理吸附剂的一种材料。我们都知道膨润土具有很好的吸附作用，并且将膨润土经过结构改造、活化和复合改性处理等，可以制备出不同种的高效膨润土基吸附材料。
关键词：改性膨润土；制备；吸附性能
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)42-0098-02
膨润土的优良特性决定了会被广泛应用，并且随着科学技术的日新月异，对膨润土的改造试验也有了一定的成果。本文就对改性膨润土的制备大致流程和方法进行分析，并且对不同种的膨润土进过改性后的性能进行研究和对比。
1 膨润土概述
膨润土又叫膨润岩或膨土岩，是以蒙脱石为主要成分的粘土岩—蒙脱石粘土岩。名称源于美国怀俄明州洛矶山河附近的钠质膨润土产地“FortBenton”。膨润土被称之为“万能土”，在非金属矿产开发利用中有着重要的地位，备受人们关注。膨润土在早期主要应用铸造型黏结剂生产方面但是需求量并不大，而在近年来，膨润土应用范围不断延伸和扩展。现在已经广泛于食品、机械、冶金、石油、交通、化工、医学、造纸和环保等行业。因此膨润土的需求量也相应大幅度增加。
2 膨润土吸附材料的制备原理及形成机理
膨润土在处理重金属离子、有机污染物、氮、磷、臭等诸多领域都有应用。传统改性剂和溶剂易造成二次污染，改性膨润土相对于价廉物丰的天然膨润土成本过高，这些问题对膨润土在废水治理领域的进一步应用与发展起着制约作用。因此，选择绿色价廉、来源广泛的改性剂，降低改性膨润土成本和减少水处理过程中造成的二次污染，成为改性膨润土开发研究与推广使用解决的重要课题之一。
2.1 膨润土的提纯钠化
天然膨润土中蒙脱石的含量一般在65%～90%之间，甚至更低，而蒙脱石在膨润土中含量高低直接影响其应用性能，因此天然膨润土需要提纯。钠基膨润土工艺技术性能和理化性质都比钙质膨润土优异，这是与Ca2+比Na+具有更大的水化焓，蒙脱石的中性硅氧基表面被Ca2+周围较多的水合离子占据有关，使得蒙脱石吸附能力下降；Na+的电荷密度比Ca2+小，与蒙脱石之间的结合能小，交换性好，易于被交换，钠基膨润土有较高的阳离子交换容量(CEC)。
2.2 实验方法
称取100.0g膨润土放入烧杯，加入0.50mol/LNaCl溶液2.50L，搅拌24h，静置分层。弃去上层清液和底层残渣，取中层膨润土悬浮液倒入烧杯中。再加入0.50mol/L的NaCl 溶液2.50L，进行二次钠化，搅拌12h，静置分层，弃去上清液。将膨润土悬浮液在离心机上以8000rpm速度离心20min，倒掉上清液。重复洗涤操作，直至上清液中没有Cl-为止（用AgNO3溶液检验Cl-）。80℃烘干，研磨，过孔径107μm筛，将所制备钠基膨润土放在干燥器中备用。按照《蒙脱石矿物化性能测试统一方法》和《中华人民共和国建材行业蒙脱石实验方法》，测定了膨润土基吸附材料的膨胀容、膨润值、胶质价、吸蓝量和阳离子交换容量(CEC)的。
2.3 膨润土吸附材料的制备及影响因素分析
2.3.1单因素影响实验
考察了淀粉浓度、反应时间、反应温度和体系pH值对新型淀粉/膨润土吸附材料形成过程的影响。将一定量上述提纯钠化的膨润土均匀分散于蒸馏水中，分别定量加入不同pH值、不同浓度的阳离子淀粉悬浮液，控制钠化膨润土和悬浮液质量比为1：5，在一定的水浴温度下搅拌数小时，对产品进行固液分离。然后在80～90℃下烘干，在107℃下活化l.0h。干燥活化后的产物研磨，过孔径107μm筛，得到阳离子淀粉/膨润土吸附材料。
2.3.2正交试验
聚合物的浓度、反应时间、温度以及反应体系pH值的变化均会影响吸附材料的形成。采用正交试验法，选取影响吸附过程的主要因素A-淀粉浓度、B-体系pH值、C-反应温度、D-反应时间，设计正交试验表L16(44)，确定制备阳离子淀粉/膨润土的最佳条件。
2.3.3阳离子淀粉聚合物含量的测定
阳离子淀粉/膨润土吸附材料中的阳离子淀粉含量测定采用高温灼烧法。分别取钠基膨润土及所制备淀粉/膨润土样品，于120℃下烘干4.0h，用分析天平称重（Wa）；在800℃下灼烧6.0h，干燥器内冷却至室温，用分析天平称重（Wb），直至恒重。则钠基膨润土中的有机物本底值S0及阳离子淀粉/膨润土中有机物含量S1，按下式计算：
3 改性膨润土的性能研究
3.1 改性膨润土对苯胺的吸附
红外吸收光谱表明，原土已被HACC和CTMAB改性，制备一种新的吸附材料；通过X-射线衍射分析可知插层土层间距d较原土明显增大，将有利有机物在改性土上的吸附。
经CTMAB和HACC改性后的膨润土对苯胺的吸附几乎不受吸附温度和溶液酸碱性影响；并在较短的时间内到达吸附平衡，吸附过程遵循准二阶动力学模型。外加无机盐可促进改性土对苯胺的吸附。
改性土适合处理高浓度苯胺溶液。当苯胺质量浓度为3000mg/L时，其吸附容量达29.7mg/g。苯胺在改性土上的吸附符合Freundlich等温吸附模型，吸附机制主要是分配作用。
0.1mol/LHCl溶液可用于膨润土复合材料再生。
3.2 改性膨润土对苯酚的吸附
红外吸收光谱表明，原土已被HACC和CTMAB改性，制备一种新的吸附材料；通过X-射线衍射分析可知插层土层间距d较原土明显增大，将有利有机物在改性土上的吸附改性有机膨润土在碱性环境中有利于对苯酚的吸附率，但是过碱性环境条件下不利于有机土对苯酚的吸附；吸附温度的升高可导致改性有机膨润土对苯酚吸附率的下降；外加无机盐可抑制改性土对苯酚的吸附。
改性有机膨润土有可快速吸附苯酚的有机层在较短的
时间内可达到吸附平衡。改性土对苯酚的吸附动力学符合Lagergren准二阶模型。
1mol/LNaOH溶液可用于改性膨润土复合材料的再生。
3.3 改性膨润土对苯胺和Cd+2复合污染吸附
经CTMAB和HACC改性过后的新型改性有机膨润土对苯胺和Cd+2具有良好的吸附效果。
Cd+2的存在对苯胺的吸附率基本没有影响，但苯胺的存在对Cd+2的吸附有促进作用。
改性后的膨润土在较宽的pH值范围内都有较强的吸附率；改性有机膨润土有可快速吸附苯胺的有机层；Cd+2在40min时到达吸附平衡。