Page 158 - 精细化工2019年第12期

·2486· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

Ti-MMT 带负电荷是由于类质同象使得 Ti-MMT
的晶体带永久负电荷即结构电荷，结构电荷与
Ti-MMT 的矿物组成和结构有关，不受反应条件和
溶液 pH 的影响，使得 Ti-MMT 悬浮液体系的电势
+
呈负值 [19] 。在较低 pH 条件下，即使大量 H 被吸附
到 Ti-MMT 中，但由于其层间仍然存在大量结构负
电荷，所以表面电势仍呈负值 [20] 。此外，Ti-MMT
结构中还包括可变电荷，可变电荷通常是由于晶体
+
中—OH 发生 H 的吸附/解吸以及端面≡≡Si—O、≡≡Al

—O 等化学键的断键作用而形成，通常能够与阳离
子发生络合反应从而产生吸附作用 [17] 。pH 较小时， 图 5 Ti-MMT 投加量对吸附量和去除率的影响
Fig. 5 Effect of dosage of Ti-MMT on adsorption capacity
Ti-MMT 表面的质子化反应主要发生在结构电荷 and removal rate
位，随着 pH 的增大，结构电荷位的质子化过程对
表面净质子过剩的贡献逐渐小于可变电荷位，直至 2.2.3 重金属离子初始质量浓度对 Ti-MMT 吸附性
能的影响及等温吸附模型
质子化反应基本可以忽略，Ti-MMT 表面逐渐发生
2+
2+
重金属离子初始质量浓度对 Ni 、Mn 吸附效
去质子化反应，即可变电荷位在蒙脱石去质子化反
2+
2+
果的影响见图 6。由图 6 可知，随着 Ni 、Mn 的
应中起决定性作用，当溶液处于中性或碱性条件下，
初始质量 浓 度 从 10 mg/L 分别升 高至 200 和
可变电荷位发生的吸附反应将会对重金属离子的去
2+
2+
250 mg/L，Ni 、Mn 的吸附量均随着初始质量浓
除产生一定影响。
2+
2+
因此，Ti-MMT 对 Ni 、Mn 的吸附包括两方 度的升高而上升，但去除率却在达到最大值后逐渐
下降，在初始质量浓度为 50 mg/L 时达到最大值，
面：（1）Ti-MMT 结构电荷的静电引力所致的离子
分别为 90.65%和 86.22%，最小值分别为 68.08%和
交换；（2）Ti-MMT 端面的可变电荷与阳离子发生
络合反应产生的吸附，即（B 为 Ni、Mn） [21] ：M suf— 57.03%。这可能是由于随着离子质量浓度的增加，
2+
+
OH+B +H 2 O→M suf—OBOH+2H 。在吸附过程中， 在 Ti-MMT 表面会有更多的重金属离子被吸附，从
由于 Ti-MMT 结构电荷数量占优，第一种吸附占主 而使得吸附量上升，而达到某一值后，Ti-MMT 表
+
导地位。当 pH 较小时，H 浓度较高，与重金属离 面活性吸附位点逐渐趋于吸附饱和，导致吸附效率
2+
子形 成了竞争，由于 3 种阳离 子 正电性 Ni < 降低 [24] 。
+
+
2+
2+
Mn <H ，H 优先被 Ti-MMT 吸附，使得 Ni 、Mn 2+
2+
2+
去除率较低，且 Ni 略微小于 Mn 。随着 pH 的增
+
大，H 的竞争作用减小，同时，Ti-MMT 表面逐渐
发生去质子化反应（可变电荷起主导作用），负电荷
2+
量增加，对重金属离子吸附能力增强，Ni 、Mn 2+
的去除率逐渐递增，但可变电荷所占比例较小，吸
附效果的显著增加还与 Ti-MMT 片层对金属离子的
专性吸附有关 [22] 。因此，本文选择最佳 pH 为 7。
2.2.2 Ti-MMT 投加量的影响
2+
2+
图 5 为 Ti-MMT 投加量对 Ni 、Mn 吸附效果

2+
2+
的影响。由图 5 可见，随着 Ti-MMT 投加量的升高， 图 6 Ni 和 Mn 初始质量浓度对吸附量和去除率的影响
2+
2+
2+
Ni 、Mn 的去除率均表现为逐步增加达到最大值， Fig. 6 Effect of Ni 2+ and Mn initial mass concentration

2+
2+
Ni 在 5 g/L 时达到最大值（91.21%），Mn 在 9 g/L on adsorption capacity and removal rate
时达到最大值（62.45%），原因是单位体积溶液中 使用 Langmuir〔式（3）〕、Freundich〔式（4）〕、
Ti-MMT 的数量越多，未吸附饱和位点就越多，越 Temkin〔式（5）〕和 Dubinin-Radushkevich〔式（6）〕
有利于吸附，故而，去除率提高，而单位质量的 4 种等温模型对吸附实验数据进行线性拟合 [25-26] ，
Ti-MMT 吸附量（q e ）却逐渐下降。当投加量增大到 用于评价吸附剂的吸附机制，模型方程如（3）~（6），
一定值时，Ti-MMT 颗粒在溶液中发生团聚，减少 拟合结果见表 3。
了吸附剂的总面积，增加了重金属离子在 Ti-MMT q  q  （3）
me

中的扩散路径 [23] ，同时，Ti-MMT 对离子的吸附达 e 1/ b  e
到饱和后可能发生解吸，故而去除率开始略微下降。 q  K  1/n （4）
e f e