CTMAB膨润土吸附水中有机物的性能及应用

第卷年第期月环境化学,一膨润土吸附水中有机物的性能及应用‘’朱利中李益民陈曙光刘文涵包丽君杭州大学环境科学系,杭州,浙江工业大学化工学院,杭州,摘要本文用澳化十六烷基三甲按一改性膨润土,研究了一膨润土吸附水中一蔡胺、刀一蔡胺、蔡酚、硝基苯和苯胺的性能和适宜条件结果表明,膨润土对水中有机物的吸附能力与在膨润土上的实际交换量有关,也与作用方式和有机物辛醇一水分配系数有关压膨润土对五种有机物的去除率顺序为一蔡胶、户蔡胺、一蔡酚硝基苯苯胺关健词膨润土,澳化十六烷基三甲铁,有机物,吸附,废水处理经阳离子表面活性剂改性制得的有机膨润土,因其有机碳含量增加,疏水性能得以改善,所以具有较强的吸附有机物的能力仁‘〕,·〕等对有机膨润土吸附水中有机物的性能及作用机理进行过研究但迄今很少有人系统地研究有机膨润土吸附有机物的性能及规律本文研究了一膨润土对水中五种优先有机污染物的吸附性能和适宜条件并通过一射线衍射分析了一膨润土的结构从吸附等温线的特征和有机物的辛醇一水分配系数探讨了一膨润土与有机物之间的作用机理用膨润土处理蔡酚废水,取得了较为满意的结果实验部分主要材料及仪器所用原土为钠基膨润土,经测定其阳离子交换容量为·”土澳化十六烷基三甲钱为分析纯苯胺、硝基苯为分析纯一蔡胺、月一蔡胺、蔡酚为化学纯主要仪器有型荧光光度计,型分光光度计,一台式恒温振荡器,型低速离心机水中有机物的测定方法苯胺、硝基苯的测定分别用盐酸蔡乙二胺和锌还原一盐酸蔡乙二胺分光光度法川蔡浙江省自然科学基金及省教委资助课题现在绍兴文理学院化学系工作环境化学卷胺、蔡酚用荧光光度法测定一蔡胺、月一蔡胺及一蔡酚的激发波长都为,测定波长分别为,和有机膨润土的制备将干燥、过目筛的原土倒入一定浓度的溶液中,在℃水浴中搅拌,产物经过滤,用定量蒸馏水洗涤次,滤干后,在一下烘干,再在左右活化,研磨后过目筛,制成一系列不同浓度的有机膨润土基本实验方法在碘量瓶中,分别加入一膨润土或原土,产·一’的有机物溶液,盖紧后,固定在恒温振荡器中,在下以·一’振荡,离心后取上层清液,测定其中有机物的残留量,计算出各种土对有机物的去除率在测定吸附等温线时,用一膨润土溶液改性制得的一膨润土,加入不同浓度的有机物溶液进行吸附处理,其余操作同上结果与讨论一膨润土的结构分析对原土和一系列一膨润土进行了一射线衍射分析,结果见表由表可见,一膨润土的层间距都大于原土一膨润土的层间距随改性时浓度的增加而增大,但当浓度此时加入的量相当于·一‘土,超过了原土的时,其层间距基本不变这是由于当加入的量小于或等于膨润土的时,可以计量方式即被交换到膨润土上,但在超过后,实际发生交换的就不再随加入量的增加而增大口三表原土及一膨润土的层间距一叼叼叼土样原土一膨润土层间距!一膨润土吸附水中有机物的适宜条件在实验范围内一,一膨润土对五种有机物的去除率基本恒定考虑到实际应用,实验时将各有机物的溶液调到在室温下,,振荡速度为150r·min一’时,CTMAB一膨润土对五种有机物的吸附速率稍有差别,但在45min后,去除率基本不变.实验时,固定振荡时间为lh.试验了5%CTMAB一膨润土用土量对水中有机物去除率的影响.结果表明,随着土样的增加,CTMAB一膨润土对水中有机物的去除率也增大.考虑到处理费用和去除效果,实验时,选择用土量为。.59.期朱利中等:CTMAB一膨润土吸附水中有机物的性能及应用2.3表面活性剂浓度对CTMAB一膨润土吸附性能的影响试验了一系列不同CTMAB浓度改性制得的CTMAB一膨润土吸附处理水中五种有机物的去除效果,结果见表2.表2表面活性剂浓度对CTMAB一膨润土吸附水中有机物性能的影响Table2EffeetsofsurfaetanteoneentrationonadsorptionpropertiesofCTMAB一bentonites有机物原土内匕匕J”hQ”幽bO”Q†O口左工4乃乙IQ†O口匕」..…”卜”七一n0.bO†O†OJ45,一11CJ或JOJ..…”bƒ七一Ž口八了OQ†Q†O口4左‘口一蔡胺夕一蔡胺a一蔡酚硝基苯苯胺28.184.610479.1一34.810_84.52::’:87896818l83%4%CTMAB一膨润土93.296.292.695.788.994.325444.22843495写6%注:表中数据为去除率/%.由表2可见,(1)有机膨润土对水中五种有机物的去除率都大于原土.(2)CTMAB-膨润土对五种有机物的去除率与改性时所用CTMAB的浓度成正相关;但当CTMAB)6%时,相应的CTMAB一膨润土对有机物的去除率达最大且基本恒定.(3)同一CTMAB-膨润土对水中五种有机物的去除率顺序为:a一蔡胺、夕一蔡胺、a一蔡酚硝基苯苯胺.2.4吸附等温线5%CTMAB一膨润土对五种有机物的吸附等温线见图1.用回归方法处理实验数据,表明CTMAB一膨润土吸附水中五种有机物都符合Freundlich模型(表达式为G一Ke).麟粉Z奋”蔡才赛者·的任\-轰督以400800{12001600浓度/mg·l一,图I有机物在CTMAB一膨润土上的吸附等温线Fig.1AdsorptionisothermsoforganieeompoundsonCTMAB一bentonite从图1可看出,a一蔡胺、房蔡胺及“一蔡酚的吸附等温线呈现出明显的非线性;而硝基苯、苯胺的吸附等温线则呈线性.这两类不同特征的吸附等温线是CTMAB一膨润土与有机物之间两种作用方式的具体体现.非线性的吸附等温线反映了有机膨润土与有机物之环境化学16卷间的作用主要是通过分子间力的吸附,而线性现象则反映了有机物主要是通过萃取的方式与膨润土中的表面活性剂发生作用[s.5〕.与萃取作用方式相比,通过分子间力的吸附使得有机膨润土能比较强烈地吸附有机物.蔡胺、蔡酚因具有较大变形性,易极化变形,所以这两种有机物与CTMAB一膨润土上的CTMAB分子间的诱导力、色散力较大,因此,CTMAB一膨润土对蔡胺、禁酚的吸附能力(或去除率)大于硝基苯和苯胺.作用方式的不同是造成有机膨润土对不同有机物吸附性能差异的一个主要原因.此外有机物的水溶性或辛醇一水分配系数(K。,)也是影响有机膨润土吸附有机物性能的一个重要原因.五种有机物的辛醇一水分配系数见表3.由表3可见,lgK~愈大,即水溶性愈差,有机膨润土对水中有机物的去除率愈大.表3辛醇一水分配系数(lgK一)T二ble3Octanol一waterPartitioneoeffieient(lgK,)有机物a一蔡酚‘,。一蔡胺,,月一蔡胺‘,硝基苯2,苯胺2,lgK。,1)参见文献[司,2)参见文献[7」.2.5CTMAB一膨润土处理蔡酚废水初探在soomla一蔡酚废水中(pHS,浓度约为50咫·ml一‘),加入1.095%CTMAB一膨润土,搅拌巧而n后,让其自然沉降,测定上层清液中a一蔡酚的浓度,计算得a一蔡酚的去除率为91.3%;但单纯加入CTMAB一膨润土,对废水的CODcr去除率不高,为此,选用A12(SO;)3与CTMAB一膨润土联用来处理废水.用Zml10%A12(504),与1.095%CTMAB一膨润土处理废水,结果见表4.表4废水中a一蔡酚和CODcr的去除率(肠)TaUe4Theremovalratesofa一naphtholandCODe,inwastewater(%)处理剂CTMAB膨润土A12(以).):AIZ(别〕。)3+CTMAB膨润上处理前CO氏r/mg·l一’a一蔡酚去除率CO氏r去除率:;:32.55892.468.1137.6由表4可见,A12(SO;)。与CTMAB一膨润土联用,虽不能明显提高水中蔡酚的去除率,但对CODcr的去除率起到较好的协同作用,同时能加快固一液分离速度.为了提高有机膨润土的使用效率,减少二次污染,探讨了回收利用有机膨润土的可能性.具体方法是将处理废水后的沉淀物(不含A12(50;)3)凉干,在N:保护下高温碳化,将处理后的回收土再次用于废水处理,结果表明,对a--蔡酚的去除率仍可达到90.5%.综上所述,CTMAB一膨润土对水中有机物的吸附能力远大于原土;CTMAB一膨润土对有机物的吸附能力与膨润土实际交换的CTMAB量有关,也与作用方式和有机物的辛醇一水分配系数有关,将CTMAB一膨润土与AI:(504)3联用处理废水具有较好的效果.期朱利中等:CTMAB一膨润土吸附水中有机物的性能及应用237门J刁」11C乙厂.L厂L妇幻习[6〕〔7〕参考文献ChiouCT,PetersLJ,FreedVH,APhysiealConeePtof5011一WaterEquilibriaforNonionieOrgnieCom-Pounds.S瓦印ce,1979,213:684SmithJA,JaffePR,ChiouCT,EffeetofTenQuaternaryArnmoniumCationsonTetraehloromethaneSorptiontoClayfrotnWater.E”饭r硕.se:.Teohnol.,1990,24:1167SmithJA,GalanA,SorptionofNon一onieContaminantstoSingleandDualOrganieCation压ntonitesfromWa-ter.E”t门ro”.Sd,T亡‘h挂01.,1995,29:685欧阳伦等,环境监测分析.湖南科技出版社,1986,p198LeeJF,CrumJR,勘ydSA,EnhaneedRetentionofOrganieConta、nantsby50115Exehanged翎thOrganieCations.E”viro”.Sc王.T巴‘h陀汉.,1989,23:1365LeoA,HansehC,ElkinsD,PartitionG〕effieientsandThe一rUses.Ch绷.R口.,1971,71:525CampbellJR,LuthyRG,PredictionofAromatieSolutePartition〔!OeffieientsUsi飞theUNIFACGroupCon-tributionModel.Enviro”.Sc王.了亡‘h”01.,1985,19:9801996年7月4日收到.THEPROPERTIESFORCTMAB一BENTONITETOADSORBSOMEORGANICCOMPOUNDSANDAPPLICATIONINWASTEWATERTREATMENTZhuLizh助9LiYi爪inChenShuguang(I死partmentofEnvironmental阮eienees,HangzhouU币versity,Hangzhou,310028)LiuWenhanBaoLijun(CollegeofChemiealEngineering,Zhejia呀UniversityofTeehnology,Hangzhou,310014)ABSTRACTTheCTMAB一bentonitesweresynthesizedbyeationexehangereaetionbetweeneetyltrimethylammoniumbrornide(CTMAB)andbentonite.TheoptimumeonditionsusingCTMAB一bentonitesforadsorptionofa一naphthylamine,件naphthylamine,a一naph-thol,nitrobenzeneandanilineinwaterwereinvestigatedindetail·Theremovalorderfororganieeompoundsinwaterareasfollows:a--naphthylamine,夕一naphthylamine,。naphtholnitrobenzene)aniline.ThestruetureofCTMAB一bentoniteanditsadsorptionmeehani