关于凹凸棒黏土提纯与其对金属离子吸附性能的研究外文翻译资料

 2022-11-18 19:59:39

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关于凹凸棒黏土提纯与其对金属离子吸附性能的研究

张志红，张少宇，刘学东

江苏理工大学，常州 213164，中国

摘要：采用湿法提纯中国盱眙县的凹凸棒黏土，并用NaOH和1mol/L、2mol/L、3mol/L的盐酸溶液对其进行处理。透射电子显微镜和X射线衍射图像来表征处理后的凹凸棒黏土。结果显示湿法提纯能够去除凹土中绝大部分过的杂质。碱和1mol/L、2mol/L盐酸处理后的凹土能提高其纯度，然而3mol/L的盐酸处理会溶解凹凸中的成分，甚至会形成SiO2，破坏纤维结构。分别使用原始状态的凹土、提纯后的凹土和处理后的凹土作为吸附剂进行吸附水溶液中Fe3 和Ni2 的实验。结果显示凹土能够吸附大量的金属离子。氢氧化钠碱处理对凹土的吸附性能几乎没有影响。酸处理对凹土的吸附性能的影响与酸的浓度有关系。

关键词：凹凸棒黏土；提纯；碱处理；酸处理；离子吸附

  1. 介绍

凹凸棒黏土是一种水化镁硅酸盐矿物，它的结构包括丝带层和比表面。凹土的应用主要是与伴生矿物质相互作用。因为不停地沉积物，去除伴生矿物质有利于凹凸棒黏土的研究。

凹土可作为食用油脱色的吸附剂，去除重金属离子和染色。E.Alvarez-ayuso等人做了实用凹土去除Cd2 的研究，R.A. Alvarez-Puebla 等人报道了了凹土表面上Cu2 异相成核的过程。根据这些结果显示，氯化铜形成非晶体然后异相成核形成羟基氯化铜晶体。曹建良等人将氧化铜沉积在凹土表面用来吸附CO，与Ahmed AL-Futaisi等人用亚甲基蓝和结晶紫在凹土上的吸附的研究作比较。关于凹土提纯和活化的研究对凹土的应用有指导作用。

在本文中，提纯处理后的凹土、NaOH活化后的凹土和HCl活化处理后的凹土杨透射电子显微镜和X射线衍射图像来描述。本文研究了处理后凹土对Fe和Ni的吸附性能，也研究了凹土的机理。

  1. 实验

2.1 提纯

来自中国盱眙县的凹土（被称为凹凸棒黏土，下文一样）被标记为O，接着在去离子水中加入3%的六偏磷酸钠和5%的凹土。混合搅拌，超声波分散，并且静置24小时。最后，下面的水泥浆在120℃以下的温度烘干，然后得到提纯后的凹土（标记为C）。

2.2 活化处理

将10克的凹土分散在100ml的去离子水中，同时利用NAOH将溶液的pH值调节到10.00,然后保持溶液稳定24小时。将得到的沉积物烘干（标记为2C）。

将10克的凹土分散在100ml的HCl溶液中。然后将溶液回流1个小时，接着过滤，洗涤得到的沉淀物，一直洗到氯离子不能被检测出来为止。将产生的固体烘干（标记为2C-1）。把盐酸的浓度分别改变到2mol/L和3mol/L,重复上面的实验。后来得到处理后的凹土分别标记为2C-2和2C-3。

2.3、吸附实验

当阳离子的浓度从0.001mol/L和0.01mol/L到0.1mol/L,研究了处理后的凹土对Fe3 和Ni2 的吸附作用。吸附时间是1小时。

  1. 结果与讨论

3.1 形态分析

图1显示的是透射电子显微镜图像。从1（a）图中可以看出，凹土呈现出棒状结构，它的长度随宽度变化，宽度大概为20纳米，有一些杂质存在于试样O中。比较1（a）图和2（a）图，可以看出NAOH碱性活化会减少试样O的杂质。此外，根据从1（a）图到1（d）图的显示，1mol/L和2mol/L的HCl酸性活化对凹土的表面形态没有影响，还能明显地减少杂质。从1（e）图中可以看出，3mol/L的HCl酸性活化破坏了凹土的纤维结构，并出现了一些条状结构；同时，凹土的弯曲结构被展示在1(f)图中。

图1 试样的TEM图像

3.2 X射线衍射图像分析

图2是处理后的凹土和试样O的X射线衍射图像。从X射线衍射中可以很容易发现凹土的晶体结构。很明显可以看出，凹土和SiO2是试样O的主要组成部分，并含有少量的Al2O3.

与试样O的XRD追踪相比较，试样C中的SiO2和Al2O3的衍射峰会减少或者会消失。纯化能够去除绝大部分的SiO2和所有的Al2O3。纯化对凹土的峰形、半峰宽度、衍射角没有影响。从试样C、2C、2C-1、2C-2、2C-3之间的比较中可以得出，凹土的衍射峰在2theta;值介于20-30之间时变得更宽；随着盐酸浓度的增加凹凸的衍射峰在2theta;值处于20.66和27.22的时候变得清晰。凹土基峰的强度在2theta;值为8.22时没有变化，所以试样中凹土的成分几乎是相同的。试样2C-3中SiO2的峰很明显，这与图1（e）和图2（f）一致。在试样2C-3中有些条状结构，而试样2C-1和2C-2中没有条状结构。

图2 不同试样的XRD图像

（p=ATP,s=SiO2,g=Al2O3）

3.3 Fe3 与Ni2 的吸附

6个试样对0.1mol/L Fe3 和Ni2 的吸附比在图3（a）中给出。试样O的吸附比接近甚至高于其他的试样，证明了凹土的杂质对这两种离子也有一定的吸附能力。Fe3 地吸附比在6个凹土的试样中处于65%-80%的范围内。与此相反，Ni2 的吸附比在6个凹土的试样中处于5%-20%的范围内。这与凹土表面带负电荷是符合的，趋向于吸附更高价位的阳离子。

图3 不同浓度阳离子溶液的吸附比

图3（b）展示了6个试样对0.01mol/L的两种阳离子的吸附。试样O、C和2C中Fe3 的吸附比高于Ni2 的吸附比，而在试样2C-1、2C-2和2C-3中Fe3 的吸附比低于Ni2 。这证明了，HCl酸性活化使凹土对高价阳离子的吸附率下降的更明显，与低价阳离子相比。

图3（c）显示了6个试样对0.001mol/L阳离子溶液的吸附率。试样O对两种阳离子的吸附率高于试样C和2C的吸附率。试样2C-1、2C-2和2C-3的Fe3 的吸附率高于试样C，而它们对Ni2 的吸附率有低于试样C。在这个实验中，初始溶液浓度远低于前两个，所以吸附平衡浓度取决于凹土的粒子吸附、阳离子水解和初始浓度。基于这个结论，HCl的酸处理抑制了水解，提高了对阳离子的吸附，尤其是对Fe3 的吸附能力。

  1. 结论

来自盱眙的凹土呈现出棒状结构。加入分散剂、混合以及超声波分散能去除绝大部分凹土中的杂质，比如SiO2和Al2O3。使用NaOH和HCl活化能提高凹土的纯度而不影响它的微观结构。需要注意的是，更高的酸浓度会破坏凹土的微观结构。

凹凸棒黏土和它的杂质具有阳离子吸附性能。NaOH活化对其吸附性能几乎没有影响。酸处理对凹土吸附能力的影响随浓度的变化而变化。在0.1mol/L和0.01mol/L的溶液中，HCl酸处理会破坏凹土的组成成分和微观结构、表面电负性，并且会导致吸收率的下降。在0.001mol/L的溶液中，合适的HCl酸处理能抑制水解把并且提高对阳离子的吸附能力。HCl酸处理对凹土吸附Fe3 的吸收率的影响比Ni2 更加重要。

参考文献：

[1] E.Alvarez-Ayuso, A. Garciacute;a-Saacute;nchez: J. Hazard. Mater Vol. 147 (2007), p. 594

[2] R.A. Alvarez-Puebla, C. Aisa and J. Blasco: Appl. Clay. Sci Vol. 25 (2004), p. 103

[3] Jian-Liang Cao, Gao-Song Shao and Yan Wang: Catal. Commun Vol. 9 (2008), p. 2555

[4] Ahmed Al-Futaisi, Ahmad Jamrah, Rashid Al-Hanai: Desalination Vol. 214 (2007), p. 327-

[5] Difang Zhao, Jie Zhou and Ning Liu: Mater. Sci. Tech Vol. 431 (2006), p. 256

[6] Hong Yue. in: Advanced Inorganic Chemistry , Machinery Industry Press, China (2002)

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