采用XPS研究镉在蒙脱石表面的吸附机理

采用XPS方法,通过对比吸附镉前后蒙脱石表面元素结合能的变化,对镉在蒙脱石界面吸附机理进行研究.结果表明,吸附镉离子后电子由镉离子向氧、铁、硅原子转移,Al基本没有参与配位.除表面配位的化学吸附作用外,镉离子还通过与蒙脱石层间阳离子进行交换吸附而进入蒙脱石的层间.

巯基改性蒙脱石对Cd(Ⅱ)的吸附机理研究

蒙脱石对镉有良好的吸附性,但吸附力较弱,巯基改性蒙脱石可增强对镉的吸附,而关于蒙脱石的巯基改性及改性后对镉的吸附机理研究少见报道。本文以(3-巯丙基)三甲氧基硅烷作为改性剂,采用简单的溶液法对蒙脱石原土(简称MMT)进行巯基改性,并探讨了改性蒙脱石(简称MMT-SH)对镉的吸附机理。红外和X射线衍射表征显示MMT被成功接上巯基。吸附条件实验表明,MMT-SH对Cd(Ⅱ)的吸附效果显著优于原土,对Cd(Ⅱ)的饱和吸附容量是原土的39倍;吸附容量受pH值影响大,受离子强度的影响较大;MMT-SH对Cd(Ⅱ)的吸附作用除了静电吸附、离子交换吸附、羟基配位吸附,还主要存在巯基配位吸附。热力学及动力学实验表明,MMT-SH吸附Cd(Ⅱ)的反应符合Langmiur等温模型和Lagergren二级动力学方程,是易于发生的化学反应;吸附过程的热力学参数(ΔH、ΔG、ΔS)表明此吸附是一个自发的吸热过程。

巯基改性蒙脱石对Cd2＋的吸附及酸雨解吸

使用3-巯丙基三甲氧基硅烷对蒙脱石原土(MMT)进行巯基改性,采用FT-IR和X射线衍射进行表征。结果表明,MMT被成功嫁接巯基,得到巯基改性蒙脱石(MMT-SH)。对MMT和MMT-SH进行Cd2+的吸附及酸雨对其吸附Cd2+的解吸实验,结果表明,MMT-SH对Cd2+的吸附能力远高于MMT,Cd2+饱和吸附容量提高了近39倍,酸雨对其吸附的Cd2+解吸量远低于MMT;pH值、固液比、离子强度等因素对MMT-SH吸附Cd2+及酸雨对其吸附的Cd2+解吸的影响远小于MMT;MMT-SH吸附Cd2+是以螯合作用为主,离子交换与静电吸附为辅。

聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)/膨润土/腐植酸钠三维网络凝胶吸附剂对Cd^(2+)吸附性能研究

制备了一种聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)/膨润土/腐植酸钠三维网络凝胶吸附剂,重点考察了吸附剂对Cd2+吸附的pH依赖性、吸附动力学和吸附等温线。结果表明,Cd2+溶液pH值对吸附容量有较大影响。在pH=8、吸附时间30 min、Cd2+溶液初始浓度0.02 mol/L和吸附剂用量0.10 g的条件下,吸附剂对Cd2+的饱和吸附量可达294.7 mg/g。与膨润土相比,三维网络凝胶吸附剂具有更高的吸附容量和更快的吸附速率。

碱性盐化条件下蒙脱石和伊利石对镉的吸附特征研究

通过吸附试验方法研究了碱性条件下蒙脱石和伊利石对镉的吸附特征以及可溶性无机盐对蒙脱石和伊利石吸附镉的影响。结果表明,碱性条件下两种粘土矿物(蒙脱石和伊利石)对镉的吸附行为受pH值、镉离子初始浓度、两种粘土矿物用量及反应时间等因素的影响;pH值对蒙脱石和伊利石吸附镉影响显著,当pH值从7增加到9时,蒙脱石和伊利石对镉的吸附量分别由5.26mg·g-1和3.84mg·g-1增加到7.24mg·g-1和7.02mg·g-1;随着两种粘土矿物用量的增加,相对吸附量有降低的趋势;吸附量随着反应时间的增加而增大,当反应时间超过6h,吸附量不再增加,吸附趋于平衡。在pH9时,可溶性无机盐阳离子对粘土矿物的影响较大:同种无机盐阳离子对粘土矿物解吸镉的影响随着浓度的增加而增大,不同无机盐阳离子在相同浓度条件下,对粘土矿物解吸镉的影响依次为氯化铵>氯化钙>氯化钾>氯化钠;可溶性无机盐阴离子对粘土矿物解吸镉的影响复杂,氯化钠、硝酸钠促进蒙脱石和伊利石对镉的解吸,碳酸钠、磷酸钠、硫酸钠由于阴离子与镉离子结合产生沉淀,最终促进了对蒙脱石和伊利石对镉吸附。

Fe-SDS-柱撑蒙脱石制备与吸附镉的实验研究

以天然的钙基蒙脱石为基质,在超声波处理的条件下制备了新型的十二烷基硫酸钠(SDS)-铁复合柱撑蒙脱石,并采用X射线粉末衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)和热重(TGA)对其进行表征。研究了镉在复合柱撑蒙脱石上的吸附特性,从动力学角度探讨了吸附机理。结果表明,吸附过程符合准二级动力学方程,化学吸附控制了吸附过程的速度,且平衡吸附量qe与平衡浓度eρ之间的关系符合Langmuir等温方程。

不同分子量胡敏酸对蒙脱石吸附镉的影响及作用机制

工业活动和农业活动导致土壤镉污染日益加剧,蒙脱石和胡敏酸(humic acid,HA)作为土壤胶体中重要的功能组成部分,对镉具有良好的吸附性能。以胡敏酸为研究对象,通过切向流超滤对胡敏酸进行了4种分子量分级(<10 kDa,HA1;10~50 kDa,HA2;50~100 kDa,HA3;>100 kDa,HA4),结合傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)、元素测定、官能团滴定等表征分析,研究不同分子量胡敏酸对蒙脱石吸附镉的影响及作用机制。研究结果表明:随着胡敏酸分子量的增加,胡敏酸所含的羟基和羧基量减少而酚羟基和甲基的含量增加,芳香度变大,疏水性增强,pH值逐渐增大。三元体系中蒙脱石吸附的镉和胡敏酸的含量随着胡敏酸分子量的增大而增加。镉的初始浓度为50 mg/L时,HA、HA1、HA2、HA3、HA4与蒙脱石的复合体系对镉的吸附量分别为1.99、2.11、2.46、4.12、4.88 mg/g;各分子量胡敏酸作用下体系吸附的镉均以可还原态为主。胡敏酸分子量越小,越容易竞争吸附蒙脱石表面已结合的镉,并由于其强亲水性会将吸附的镉带入溶液中,使体系吸附的镉含量减少;随着胡敏酸分子量的增大,其与蒙脱石表面的竞争吸附作用减小,且此时胡敏酸进入蒙脱石层间的难度增大,在疏水作用下,吸附了镉的大分子胡敏酸会覆盖在蒙脱石表面,从而增加体系对镉的吸附量。

镉在蒙脱石上的吸附解吸动力学与热力学研究

通过模拟自然环境特征,研究了不同温度下镉在蒙脱石上长时间的吸附和模拟酸雨对蒙脱石吸附镉的解吸动力学及热力学行为,结果表明:30、40、50℃时,蒙脱石对镉的吸附及模拟酸雨对镉的解吸均能很好地符合Lagergren二级动力学方程,相关系数R均在0.98以上;不同温度下的蒙脱石对镉的吸附量随时间的增加均呈上升-下降-平衡的趋势,酸雨对蒙脱石吸附镉的解吸量则随时间的增加表现为先上升后趋于平衡;蒙脱石对镉的吸附是一个自发的吸热过程,受温度影响较小,而模拟酸雨对镉的解吸过程与吸附过程相反,是一个非自发的放热过程,温度对它的影响较大。

不同前处理方式下钠基蒙脱石对重金属镉的吸附研究

采用不同前处理方式(100℃烘干、200℃煅烧、300℃煅烧、冻干)制备出钠基蒙脱石,通过表征手段分析了其理化性质差异,并考察了其对溶液中Cd^(2+)的吸附行为,以探究不同前处理方式对钠基蒙脱石物化性质的影响及对Cd^(2+)吸附的差异。结果表明:不同前处理方式对钠基蒙脱石比表面积、孔容与层间距等物理性质影响较大,但对表面官能团、阳离子交换量等化学性质影响较小。吸附动力学显示钠基蒙脱石对镉的吸附符合拟二级动力学方程,属离子交换吸附,24 h可达吸附平衡;吸附等温线符合Langmuir等温线方程,属单层吸附。不同方式处理的钠基蒙脱石对于Cd^(2+)吸附效果是有差异的。300℃煅烧处理的钠基蒙脱石吸附效果最好,饱和吸附量达到11.1 mg·g^(-1);100℃烘干处理的钠基蒙脱石吸附量最差,饱和吸附量为9.1 mg·g^(-1)。

两种天然矿物改性材料对模拟废水中Cd^(2+)的吸附特性

为了提升天然非金属矿物对Cd^(2+)的吸附性能,采用MT(蒙脱石)和HP(海泡石)为前驱材料,依次通过酸纯化和SDS(十二烷基磺酸钠)改性后合成了有机非金属矿物材料,利用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线荧光光谱分析(XRF)等手段对2种改性材料[SDS-MT(十二烷基磺酸钠改性蒙脱石)和SDS-HP(十二烷基磺酸钠改性海泡石)]吸附Cd^(2+)的机制进行探究,并对吸附过程分别进行了动力学拟合和等温吸附方程拟合.结果表明:(1)SDS-MT和SDS-HP吸附模拟废水中Cd^(2+)的效果分别比未改性的MT和HP平均提升约40%和19.5%.(2)改性过程没有改变2种前驱材料的基本结构,但引起其元素质量分数、阳离子交换量和比表面积的改变.(3)SDS-MT、SDS-HP对模拟废水中Cd^(2+)的吸附量受溶液的p H影响较大,最大吸附量分别达16.54、9.24 mg/g,2种改性材料对模拟废水中Cd^(2+)的吸附过程能较好地满足准二级动力学方程,并且其平衡传质时间较短.(4)SDS-MT对模拟废水Cd^(2+)的吸附模型较满足于Freundlich吸附等温模型,推测SDS-MT是一种有限吸附位点的吸附剂,吸附过程为单分子层吸附,而SDS-HP则较好的满足Langmuir吸附等温模型.研究显示,对2种天然非金属矿物材料的有机改性能够有效提升材料对Cd^(2+)的吸附容量,发挥材料的实际运用价值.

钛柱撑蒙脱石颗粒的制备及其对镉离子的吸附

为脱除废水中镉离子,以钠基蒙脱石作基质材料,钛酸四丁酯为钛源,制备了钛柱撑蒙脱石。然后将聚乙烯醇、海藻酸钠、钛柱撑蒙脱石以一定的质量比制备钛柱撑蒙脱石颗粒,并进行颗粒的散失实验及镉离子的吸附实验,同时进行吸附等温线及吸附动力学研究。结果表明,Ti-MMT具有较大的晶面间距(d_(001)=3.43 nm)。当m(聚乙烯醇)∶m(海藻酸钠)∶m(钛柱撑蒙脱石)=0.6∶1.0∶20.0时,投加0.25 g颗粒于pH值=6的100 mg/L的镉离子废水中,在40℃下,吸附120 min,颗粒对Cd^(2+)的吸附量达到7.89 mg/g,去除率达到98.63%,且颗粒对Cd^(2+)的吸附符合Langmuir等温线模型,吸附动力学符合拟二级动力学方程。

钢渣-蒙脱石复合吸附剂对水中Cd2+的吸附去除

研究了钢渣-蒙脱石复合吸附剂对废水中Cd2+的吸附性能,并探讨了影响吸附的因素和吸附机理.结果表明,钢渣蒙脱石质量比为1∶1的复合吸附剂对Cd2+的吸附效果优于钢渣及蒙脱石对Cd2+的单一吸附.当温度为25℃,废水pH=6~7时,1.2 g钢渣-蒙脱石复合吸附剂对100 mL Cd2+溶液(100 mg·L-1)吸附60 min后,Cd2+的去除率可达到96.99%.钢渣-蒙脱石复合吸附剂对镉离子的吸附反应符合二级动力学方程,可决系数为0.9991;符合Langmuir方程,可决系数为0.9725.对Cd2+的理论饱和吸附量为12.45 mg·g-1.溶液中Pb2+、Cu2+的存在会降低复合吸附剂对Cd2+的吸附量,且Cd2+受Cu2+的影响较大.吸附饱和的钢渣-蒙脱石颗粒材料用1 mol·L-1的氯化钠溶液再生效果好.