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硝基芳香化合物(NACs)是一类重要的化工原料,具有较高的毒性,能持久危害生态环境安全。作为一种天然矿物吸附材料,膨润土对NACs有着特殊的吸附作用,两者之间的吸附机理研究一直备受研究重视。
本论文制备了两种不同阳离子交换容量的钾型膨润土,采用批量平衡法研究其对多种NACs的吸附行为,讨论了吸附过程中,吸附剂与吸附质之间存在的各种立体位阻效应,综合得出以下结论。
首先,间甲基硝基苯和对甲基硝基苯上的硝基没有明显的立体位阻效应。而邻位取代甲基对硝基在空间上有挤压作用,使得硝基的拉电子能力下降,EDA效应(电子给体受体效应)和K+-NO2作用(矿物层间的钾离子和NACs分子中硝基的作用)削弱,这直接导致2,6-二甲基硝基苯的吸附量远不如3,4-二甲基硝基苯和2,4-二甲基硝基苯。其次,如果对位烷基取代的NACs分子中烷基基团较大,将导致分子厚度的增加,这可能使得NACs的吸附量减少,比如对异丙基硝基苯和对叔丁基硝基苯分子因分子厚度问题,只能部分进入膨润土层间,而整个分子无法进入。此外,芳环分子较小的间二硝基苯比间二硝基萘分子体积小,其在膨润土上的吸附量更大。
对硝基萘类化合物而言,硝基取代基的位置直接影响EDA作用和K+-NO2作用,进而影响其在膨润土上的吸附。具体而言,如果化合物中硝基的位置在萘环的1号位,5号位或者8号位,和萘环不共平面,则EDA作用和K+-NO2作用对吸附影响不大,吸附量低;反之如果硝基的位置在萘环的2号位,和萘环共平面,则EDA效应和K+-NO2作用有较大影响,吸附量高。吸附单取代硝基萘,K+-NO2作用不强烈,CEC小的矿物因其层间有更多的吸附域而使吸附量更大;吸附双取代硝基萘,CEC大的矿物因其钾离子密度大,K+-NO2作用相应加强而导致吸附量较大。