Page 199 - 《精细化工》2020年第9期

第 9 期 张银萍，等: 铁基柱撑蒙脱石的制备及其对芘的吸附 ·1913·

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附指数。 增大到 47.61 m /g；朗格缪尔比表面积由 Ca-MMT
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1.5 Fe-MMT 吸附芘的重复性实验 的 57.48 m /g 增大到 69.69 m /g；同时孔道总比表
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根据实验设计，取芘的甲醇溶液（40.0 mg/L） 面积也进一步提升，由 Ca-MMT 的 29.86 m /g 增加
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20 mL 加入到盛有 0.01 g Ca-MMT 和 Fe-MMT 的低 到 51.27 m /g。微孔的增加与样品制备条件有关，而且
[19]
吸附离心管中，并同时加入 20 mL 无机盐溶液，将 这些微孔的出现 有利于芘分子的吸附与固定。
所有离心管置于摇床，在摇床转速为 160 r/min 的条
件室温下振荡 3 d。随后，取出离心管并静置 30 min，
取上清液 10 mL 用于测定芘浓度。然后，采用移液
枪移除大部分溶液并采用无水乙醇清洗 3 次，至吸
附态芘被完全清除，等乙醇完全挥发后，再次添加
芘溶液。按照上述步骤重复 5 次。

2 结果与讨论
图 2 Ca-MMT（a）与 Fe-MMT（b）的 SEM 图
Fig. 2 SEM images of Ca-MMT and Fe-MMT
2.1 Fe-MMT 的微结构变化特征

对 Fe-MMT 进行 X 射线衍射分析，结果见图 1。 表 1 Ca-MMT 与 Fe-MMT 的分布状态及结构特性
由图 1 可知，铁离子置换后的柱撑蒙脱石层间距和 Table 1 Distribution and structural characteristics of Ca-MMT
晶粒尺寸均发生明显变化，导致衍射强度降低甚至 and Fe-MMT
衍射峰消失，结晶程度明显变差。采用 1,10-邻菲啰 蒙脱石 单点比表面 BET 比表 朗格缪尔比表 孔道总比
[22]
[24]
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啉作为显色剂，测定出上清液的铁离子残留量，并 类型 积 [20-21] /(m /g) 面积 2 面积 [23] /(m /g) 表面积
/(m /g)
2
/(m /g)
推断出被吸附的铁元素质量分数为 5.597%，铁元素 Ca-MMT 38.59 38.53 57.48 29.86
吸附率达到 99.95%。根据布拉格公式计算得到 Fe-MMT 48.22 47.61 69.69 51.27
（001）面的层间距离明显增大。这是由于铁离子取
代了 Ca-MMT 表面的可交换离子或者离子团，使得 采用透射电镜观察 Fe-MMT 的元素分布情况，
层间距扩展明显 [10,18] 。 结果见图 3。Ca-MMT 中主要含有镁、铝、硅及钙
等元素（图 3a），Fe-MMT 中主要含有镁、铝、硅、
钙、铁等元素（图 3b），同时测定了改性 MMT 前后
溶液中铁元素的含量，并未发现存在着铁离子的流
失，从而证实铁元素成功负载于蒙脱石表面；而且
铁元素分布较多的位置钙元素分布较少。在改性过
程中，铁元素与部分钙离子发生了离子交换反应，
此结果与已报道的研究吻合 [25] 。蒙脱石表面的吸附
性能不仅与层间距有关，而且元素组分直接影响着
对有机污染物的吸附性能 [26] 。铁元素能作为有机污
染物的吸附点位取代钙元素的位置，为疏水性芘分

图 1 Ca-MMT 与 Fe-MMT 的 XRD 图 子的吸附提供了有利的条件。
Fig. 1 XRD patterns of Ca-MMT and Fe-MMT Ca-MMT 与 Fe-MMT 的 DSC 和 TGA 曲线如图

采用扫描电镜对 Ca-MMT 和 Fe-MMT 进行了表 4 所示。由图 4 可知，经过煅烧的 Fe-MMT 无明显
面形貌观察，结果见图 2。结果显示：柱撑后的蒙 的放热峰，但 Ca-MMT 在 100~200 ℃间有明显的放
脱石表面形貌发生了明显变化，原料蒙脱石主要以 热峰（图 4a），这主要是结合水分子的丢失所致。
片层状 的形 式存在 （ 图 2a）， 但 经过煅 烧后 的 TGA（图 4b）分析结果表明，Ca-MMT 升温到 200 ℃
Fe-MMT 表面出现微孔（图 2b）。 左右时出现明显的失重峰，但是煅烧后的 Fe-MMT
为了更好地确认柱撑蒙脱石的性能，进一步采 未出现明显的失重现象，表明在煅烧过程中形成了
用比表面积分析仪对其孔道数据进行分析，结果如 稳定的金属氧化物结构。由此推断，经过煅烧的
表 1 所示。由表 1 可知，Fe-MMT 的比表面积明显 Fe-MMT 具有较高的热稳定性，在高温条件下，没
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增大，单点比表面积由 Ca-MMT 的 38.59 m /g 增大 有发生相变而且层间距稳定。据文献报道 [27] ，煅烧
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到48.22 m /g；BET比表面积由Ca-MMT 的38.53 m /g 后的 Fe-MMT 在温度低于 900 ℃时层间距稳定。