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第 3 期                  王爱民，等: CPAM 插层膨润土复合材料的制备及对磷吸附行为                                   ·507·


                 phosphorus; adsorption; water treatment
                 Foundation item: National Natural Science Foundation of China (21663033)


                 随着工业化水平的发展和人民生活水平的提                           谱科技有限公司；TENSOR27 型红外光谱仪，德国
            高，环境污染问题日趋严重。近年来，我国地表水                             Bruker 公司；DR900 比色计，美国哈希公司。
            体的富营养化比例已由过去的 5%增长到 55%。磷是                         1.2    插层钠基膨润土复合材料的制备
            导致水体营养化的主要营养物质之一，当水体中磷                                 将 10 g 钠基膨润土（记为 Bent）加入到 100 mL
            含量过量时，将会引起浮游植物的大幅增长导致氧                             去离子水中，强力搅拌 2 h，然后加入 100 mL 0.2 mol/L
            气耗尽而产生“死亡区域”           [1-3] 。目前，国内外含磷废            的 CTMAB 水溶液，60 ℃下恒温搅拌 16 h，将产物
                                                        [6]
                                               [5]
                                     [4]
            水处理方法主要有化学沉淀法 、生物法 和吸附法 。                          过滤、多次去离子水洗涤、80 ℃干燥、研磨后，可
            吸附法因流程简单、成本较低、去除效率高、可重                             获得 CTMAB 插层膨润土复合材料（样品记为
            复使用及不会产生二次污染等优点，常作为生物法                             CTMAB/Bent）。称取 3  g  CTMAB 插层钠基膨润土
            除磷的补充，也可作为单独去除磷的手段，但一般                             复合材料，加入到 500 mL 5 g/L 的 CPAM 水溶液中，
            吸附剂存在价格昂贵、易溶解、回收率不高等缺点                     [7-8] 。   其他同上，即可得到 CPAM 插层膨润土复合材料（样
                 膨润土是以蒙脱石为主要成分的铝硅酸盐黏土                          品记为 CPAM/Bent）。
            矿物，具有独特的层状结构和离子交换性能，层间                             1.3   吸附实验
            无机水合阳离子可被有机阳离子交换并定量负载，                                 称取 2.5 g 干燥恒重的 KH 2 PO 4 溶于蒸馏水中，
            牢固柱撑在膨润土层间，使其表面基团由亲水性变                             定容至 1  L 容量瓶中，测定模拟含磷废水的质量浓
            为疏水性，从而提高对有机物的吸附性能                     [9-12] 。十   度为 0.5703 g/L（以磷元素计）。经稀释可得质量浓
            六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）是一种长碳链季铵                           度分别为 3.5、2.3、1.3 mg/L 的含磷废水。
            盐阳离子表面活性剂，通过中长碳链烷基的疏水键                                 将 100 mL 含磷废水置于烧杯中，调节 pH，恒
            合可进入膨润土的层间，从而改善膨润土的选择吸                             温 20 min，加入 0.5 g 膨润土吸附材料，持续搅拌并
            附性能    [13-15] 。阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）是一种                  每隔一段时间取样，经高速离心、微滤膜过滤后，
            线性高分子化合物，富含多种活泼基团，具有除浊、                            利用比色计测量滤液的总磷浓度，采用式（1）、（2）
            脱色、吸附等功能，但由于分子直径较大，直接插                             计算磷的去除率（%）和平衡吸附量（mg/g）：
            层很难进入膨润土的层间             [16-17] 。Wang [18] 和 Zhu [19]                      
                                                                             D /%   0   t    100       （1）
            等采用 CTMAB 和 CPAM 同时对膨润土进行改性，                                             
            成功制备出 CTMAB 插层膨润土和 CPAM 插层膨润                                          (   0    )    V
            土复合材料。                                                            q    0  m e               （2）
                                                                               e
                 因此，本文首先对钠基膨润土进行 CTMAB 插                       式中：D 为磷的去除率，%；q e 为吸附达到平衡时的
            层，增大其层间距，然后再用 CPAM 将 CTMAB 阳                       吸附量，mg/g； 0、 t、 e 为分别为含磷废水的初
            离子从钠基膨润土层间置换出来，最终制备出                               始、t 时刻以及平衡时的质量浓度，mg/L；V 为含磷
            CPAM 插层钠基膨润土复合材料，分析钠基膨润土                           废水的体积，L；m 为吸附材料的质量，g。
            有机插层改性机理，探讨影响处理模拟含磷废水效                             1.4   再生实验
            果的各因素，并对吸附行为进行动力学分析。以期                                 将吸附磷饱和的插层膨润土复合材料悬浮在25 mL
            为钠基膨润土吸附剂的研究提供理论支持。                                去离子水中，调节 pH≈13 促进解吸，并将悬浮液
                                                               150 r/min 振荡 180 min，经离心、多次去离子水洗涤、
            1    实验部分
                                                               80 ℃干燥、研磨后，可得再生插层膨润土复合材料。
            1.1    主要原料与仪器                                     1.5    测试分析
                 钠基膨润土，分析纯，上海山浦化工有限公司；                             利用 X 射线衍射仪进行物相分析，Cu  K α ，辐
            CTMAB，分析纯，天津市光复精细化工有限公司；                           射波长 0.154  nm，管电压 40  kV，管电流 30  mA，
            CPAM，分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；                           扫描范围 2θ=3~70，扫描速度 6.0 ()/min；红外光
                                                                                                         –1
            磷酸二氢钾，分析纯，天津市河东区红岩试剂厂。                             谱（FTIR）采用 KBr 压片法，在 4000~400  cm 内
                 XRD-7000 型 X 射线衍射仪，日本岛津公司；                    扫描；利用扫描电子显微镜进行形貌分析和 EDS 元
            SIGMA300 场发射扫描电子显微镜，德国蔡司公司；                        素定量分析；比表面积及孔径分析采用全自动比表
            V-Sorb2800TP 型比表面积及孔径分析仪，北京金埃                      面积及孔径分析仪，BET 法比表面积测试，BJH 孔
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