Page 155 - 精细化工2019年第12期

第 12 期 宋 祥，等: 钛柱撑蒙脱石对镍离子和锰离子的吸附机理 ·2483·

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the adsorption of Ni by Ti-MMT belongs to the process of spontaneous endothermic entropy increase,
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while Mn belongs to the non-spontaneous process of increasing endothermic entropy.
Key words: titanium pillared montmorillonite; adsorption; nickel ion; manganese ion; water treatment
technology

近年来，工业迅速发展的同时，排放了大量含 由硅氧四面体和铝氧八面体构成的层状硅酸盐矿物
有各种有毒物质的废水，其中，重金属因具有流动 蒙脱石 [14] ，储量丰富，经济成本低，将无机金属聚
[1]
性、毒性，肆意排放有着极其严重的生态风险 。 合羟基阳离子引入蒙脱石层间，形成的柱撑蒙脱石
由于重金属不可生物降解，可逐渐通过食物链富集， 具有较优的微孔结构和较高的阳离子交换能力，对
使其排放到环境中的毒性远远超过所有放射性和有 废水处理有巨大的潜力，备受学者的关注 [15-16] 。本
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机废物的总毒性 [2-3] 。Ni 和 Mn 是有毒的重金属， 文以 Na-MMT、钛酸四丁酯作基质材料，通过溶胶-
镍进入人体后会损害大脑、脊髓及内脏，其毒性主 凝胶法制备 Ti-MMT 材料，用以去除模拟废水中的
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要是抑制酶的活性，同时镍具有致癌作用，在受镍 Ni 和 Mn ，并探究 pH、Ti-MMT 用量、重金属离
[4]
污染严重的地区，鼻腔癌和肺癌发病率较高 。锰 子质量浓度、吸附时间和吸附温度等因素对吸附性
会影响神经系统的功能，甚至可能导致不可逆的帕 能的影响，同时对其吸附过程的等温线、动力学和
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金森综合征 。世界卫生组织规定锰的最大可接受 热力学进行分析，探究 Ti-MMT 对 Ni 和 Mn 的吸
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限量为 0.1 mg/L，当人类摄入超过允许限度的镍和 附及脱除机制。有望为柱撑蒙脱石对含 Ni 和 Mn 2+
锰，对人类健康有不同程度的影响 [6-7] 。因此，从废 废水的净化提供一定的理论基础。
水中去除这些重金属对于人类健康及生态环境具有 1 实验部分
重要意义。传统的去除方法有：化学沉淀、蒸发浓
[8]
缩、离子交换、电化学处理、吸附和膜过滤等 。 1.1 试剂与仪器
而吸附法在处理效率和成本上，相较于其他方法有 蒙脱石原料，为钙基蒙脱石（Ca-MMT），化学
着巨大的优势，因此，制备价格低廉、去除率高的吸 成分见表 1，内蒙古赤峰市恒润工贸有限公司；钛
[9]
附剂成为了环境、材料等领域的研究热点 。 酸四丁酯、六偏磷酸钠、无水乙醇、冰乙酸、NaOH、
目前，用于处理含重金属废水的低成本吸附剂 HCl、H 2 SO 4 ，AR，国药集团化学试剂有限公司；
包括土壤 [10] 、生物炭 [11] 、粘土 [12] 和沸石 [13] 等。其中， 实验用水均为自制蒸馏水。

表 1 钙基蒙脱石的主要成分
Table 1 The main composition of the Ca-MMT
成分
烧失量/%
SiO 2 C a O M g O F e 2O 3 A l 2O 3 Na 2O T i O 2 F K 2O SrO P 2O 5
质量分数/% 64.59 1.61 3.11 1.20 13.12 1.848 0.129 0.94 0.08 0.008 0.092 13.44
注：烧失量为 Ca-MMT 在 XRF 测试灼烧过程中其晶体结构中所含的吸附水、层间水、结晶水以及有机杂质被排除后的质量损失。

Axios mA×4kW 型 X 射线荧光光谱仪（XRF） 蒸馏水，再加入 2.5 g 六偏磷酸钠，搅拌 3 h，静置
测定原矿成分，X’Pert PRO-X 型 X 射线衍射仪 1 h，然后取上清液离心，离心后取上清液烘干，烘
（XRD）检测材料晶面间距（d 001 ），荷兰 PANalytical 干后研磨，制得 Na-MMT。
公司；Nicolet6700 型傅里叶变换红外光谱仪（FTIR） 1.2.2 制备钛柱化剂
检 测材料化 学官能团 ，美国 Thermo Electron 将 10 mL 无水乙醇、10 mL 钛酸四丁酯和 2 mL
Scientific Instruments Corp 公司；ΣIGMA+ X-Max20 冰乙酸混合均匀配成Ⅰ液。将 24 mL 0.1 mol/L 盐酸
型扫描电子显微镜（SEM）分析材料微观形貌，德 和 5 mL 无水乙醇混合均匀配成Ⅱ液。将Ⅱ液搅拌滴
国 Carl Zeiss 公司；Delsa NanoC 型 Zeta 电位分析仪 入Ⅰ液中，出现黄色透明溶胶时立刻加入 1 mol/L
测定 Ti-MMT 的 Zeta 电位，美国 Beckman Coulter 的 NaOH 溶液 8 mL，搅拌 30 min 后静置 6 h，得到
公司；240FS 型火焰原子吸收仪（AAS）测定 Ni 2+ 钛柱化剂。
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和 Mn 的质量浓度，美国 Agilenf 公司。 1.2.3 交联反应
1.2 Ti-MMT 的制备 将钛柱化剂缓慢搅拌滴加到质量分数为 1%的
1.2.1 提纯钠化 Na-MMT 悬浮液中，并加入 8 mL 2 mol/L 的 NaOH，
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称取 20 g Ca-MMT 置于烧杯中，加入 500 mL 搅拌 6 h，离心，洗去 Cl ，烘干，研磨，过 200 目