十六烷基三甲基溴化铵修饰P型沸石吸附水中直链烷基苯磺酸钠的研究_谭文渊

Vol．37高等学校化学学报No．12016年1月CHEMICALJOUＲNALOFCHINESEUNIVEＲSITIES65～72doi:10．7503/cjcu20150667十六烷基三甲基溴化铵修饰P型沸石吸附水中直链烷基苯磺酸钠的研究谭文渊1，2，徐曼2，曾英1(1．成都理工大学材料与化学化工学院，成都610059;2．四川理工学院分析测试中心，自贡643000)摘要通过使用碱液对天然斜发沸石(Z)进行处理制得P型沸石(PZ)，再用十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)对Z和PZ进行修饰，制得有机改性沸石ZC和PZC，对比考察了ZC和PZC对直链烷基苯磺酸钠(LAS)的吸附性能．实验结果表明，制得的PZ硅/铝比为2，比Z(4.85)降低58.8%;PZ的零净电荷点、比表面积、孔径和孔容均高于Z;吸附平衡时间为4h．当pH=2时，ZC和PZC对LAS吸附量达到最高，吸附数据符合Langmuir准二级动力学方程和Langmuir等温吸附方程，饱和吸附量(qm)分别为12.658和27.100mg/g，吸附过程主要为单分子层的化学吸附，PZC的吸附速率常数大于ZC，具有更好的动力学性能．关键词P型沸石;十六烷基三甲基溴化铵;直链烷基苯磺酸钠;吸附中图分类号O647.32文献标志码A收稿日期:2015-08-20．网络出版日期:2015-12-20．基金项目:矿产资源化学四川省高校重点实验室项目(批准号:KCZ201111)资助．联系人简介:谭文渊，男，高级实验师，主要从事污水处理及仪器分析研究．E-mail:tanwenyuan@suse．edu．cn直链烷基苯磺酸钠(LAS)是一种重要的阴离子表面活性剂，每年我国消耗的LAS总量超过100万吨．大量的LAS进入水体会在环境和生物体内累积并对动植物产生毒害作用［1～3］．LAS已成为我国地表水体标志性有机污染物之一，许多环境工作者一直致力于LAS废水的处理研究［4～13］．宋扬等［14］在优化的实验条件下采用Fenton氧化-好氧接触工艺将含高浓度硫酸盐的LAS废水中的LAS浓度由490mg/L降至23mg/L．废水中LAS的处理方法较多，采用吸附法处理LAS废水具有操作简单的特点［15］，但需要进一步开发高效、环境友好、价廉易得的吸附剂［16，17］．我国天然沸石种类多，资源丰富，价格低廉，具有多种特殊理化性能，在水处理及催化领域已有广泛应用［18～23］．但天然沸石孔道容易被细碎颗粒堵塞，造成孔道相互连通的程度较差;且沸石表面铝氧结构带负电荷且具有极强的亲水性，导致天然沸石吸附有机物及阴离子污染物的性能极差．因此，为了满足沸石对污染物的处理要求，常常需要对其进行改性处理，处理方法主要是内部改性［24～26］和外部改性［27，28］．内部改性是为了改变沸石的内部结构、孔径，使污染物进入沸石孔道内部从而得以去除，主要用于小分子污染物的去除;外部改性是对沸石外表面的改性，通过离子置换以增大污染物质在不同相的分配系数来使沸石具有去除污染物的能力，通常是用于有机污染物尤其是大分子有机污染物的去除［29］．Anaraki等［30］采用十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)和双硫腙改性伊朗天然斜发沸石去除水中的PO3－4，发现经CTMAB改性后沸石的吸附量明显增加，吸附过程符合Langmuir二级动力学方程．肖举强等［31］采用CTMAB表面改性沸石处理LAS浓度为17.45mg/L的宿舍洗衣废水，去除率可达83.15%，其改性和吸附机理为CTMAB正离子基头吸附在沸石表面，碳氢链疏水基朝外，在沸石表面形成疏水层，LAS带负电荷的基团Ｒ-SO－3和带正电荷的CTMAB分子的头基缔合，形成有机缔合物，由相似相溶原理，缔合物溶解在疏水层中，从而吸附水中的LAS．本文对天然斜发沸石进行内部和外部两步改性处理:先用碱液对沸石进行处理，制得P型沸石，降低硅铝比，增加离子交换能力;再用CTMAB对P型沸石进行表面有机改性，在沸石表面形成疏水层;然后研究两步改性后的沸石对溶液中LAS的吸附性能，探讨了降低硅铝比对沸石吸附LAS性能的影响．1实验部分1．1试剂与仪器直链烷基苯磺酸钠(天津博迪化工股份有限公司);十六烷基三甲基溴化铵(成都市科龙化工试剂厂);浓盐酸(HCl，质量分数36.46%，郑州鑫诚化工有限公司);氢氧化钠(NaOH，成都市恒亿化工产品有限公司);浓硝酸(HNO3，质量分数65%—68%，成都市科龙化工试剂厂)．以上试剂均为分析纯．天然斜发沸石(2～4mm，北票鑫鑫沸石厂)．美国PE公司LAMDA35型紫外-可见双光束全波段扫描分光光度计;捷克TESCAN公司VEGA3Easyrobe型扫描电子显微镜及布鲁克X射线电子能谱仪(SEM-EDS);德国布鲁克AXE公司D2PHASEＲ型X射线衍射