有机膨润土结构调控及吸附性能优化研究

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有机膨润土对有机物吸附性能良好,是一种极具应用前景的污染吸附材料;其中,长碳链有机膨润土对污染物的吸附机理以分配作用为主,可通过改变其层间域表面活性剂排列模式来增强其对有机污染物的亲和力,进而提高有机膨润土的吸附性能;对于短碳链有机膨润土,层间疏水性硅氧烷表面是污染物的主要吸附位点,可通过增大硅氧烷的暴露面积来增强其吸附性能。本文通过多种改性方法来改变有机膨润土层间域的微观结构以增强其吸附性能:加热处理短碳链有机膨润土以脱除层间水,从而暴露层间更多的硅氧烷表面;采用新型减电荷方法制备低电荷有机膨润土,研究对有机污染物的吸附性能;采用表面活性剂和聚合物复合改性膨润土,考察该复合膨润土同时对苯酚、重金属、染料等多种环境污染物的吸附效果。论文获得了以下的几点研究结果:(1)短碳链有机膨润土受热可脱除层间水,暴露更多的疏水硅氧烷表面,从而提高其对苯酚的吸附性能。在研究中分别用短碳链的四甲基氯化铵(TMA)和长碳链的十六烷基三甲基溴化铵(CTMA)两种表面活性剂制备有机膨润土,两种有机膨润土在145℃条件下加热12 h,比较这两种改性膨润土在热处理前后对苯酚的去除效果。结果表明:与未加热的有机膨润土相比,加热后TMA-膨润土对苯酚的吸附量提高了18.5%,而加热对CTMA-膨润土的吸附性能则无明显作用。(2)基于硅氧烷表面的疏水作用和分子间的π-π作用,研制了新型减电荷有机膨润土,对苯酚有良好吸附性能。苄基三甲基氯化铵(BTMA)是一种带芳环基团的有机阳离子,用其改性制备的有机膨润土能通过π-π作用增强对芳香类污染物(如苯酚)的吸附性能。将少量BTMA预先交换到Li-膨润土层间,然后进行加热减电荷处理;BTMA的柱撑作用能显著降低膨润土层结构的坍塌,因此所制得的减电荷BTMA-膨润土有更大的比表面积和更好的吸附性能。与传统的减电荷方法制备的BTMA-膨润土(先减电荷后BTMA改性)相比,新型减电荷BTMA-膨润土比表表面积增加了1.5倍,对苯酚吸附性量提高了26.3%。(3)利用长碳链有机阳离子(CTMAB)和阳离子聚合物壳聚糖(CTS)共同改性膨润土,制得了能同时去除水中疏水性有机物、重金属和阴离子染料的新型多功能有机膨润土。由于CTS具有较高的电荷密度,随着CTS插入膨润土层间,能使层间CTMAB的排列更加紧密,从而提高有机膨润土对苯酚的吸附性能;同时,由于CTS带有的多种螯合官能团对重金属有较强的螯合作用,能有效的增强有机膨润土对重金属的去除效果;此外,阳离子聚合物CTS的插层能改变膨润土的Zeta电位,提供了较多的正电位,有利于通过静电作用吸附水中的阴离子污染物。
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