氨基硅烷偶联剂改性凹凸棒土的制备及其吸附性能.pdf

第29卷第2期
应用化学
2012年2月
CHINESE JOURNAL OF APPLIED CHEMISTRY
Feb.2012
氨基硅烷偶联剂改性凹凸棒土的制备及其吸附性能
朱维菊高华李村”吴振玉方敏
(安徽大学化学化工学院合肥230039
摘要采用双氨基硅烷偶联剂KH-792对盐酸改性凹凸棒土(HATT)进行改性,使用FIIR、TGA、DSC、XRD
和BET等对目标产物(KHAT)进行了表征。研究了 KHATT对模拟水样中Cr(W)的吸附性能,系统考察了
模拟水样中Cr(M)的初始浓度、pH值、吸附时间及 KHATT J用量等因素对Cr(V)去除率的影响。结果表明,
在 KHATT用量为3gL、吸附时间为40min、pH值为5.5的条件下,KHAT对Gr()的去除率最高,达
85.15%;且 KHATT经再生后第4次的吸附量仍可达到第1次吸附量的90%以上。对吸附的过程和机理进行
了初步探讨。
关键词凹凸棒土,硅烷偶联剂,改性,吸附,再生
中图分类号:0635.2
文献标识码:A
文章编号:1000-0518(2012)02-0180-06
DOI:10.3724/SP.J.1095.2012.00129
近年来关于工业废水的治理问题也渐成热点,多种处理工业废水的方法正在被广泛的研究。含
铬的工业废水中铬的毒性较强且不能被微生物降解,并能通过食物链在生物体内富集,对人类的危害极
大,水溶性Cr(M)已被列为对人体危害最大的8种化学物质之一。对含铬废水的处理方法主要有物理
法、物理化学法、化学法、电化学法和生物处理法等。目前,国内有使用活性炭处理含铬废水,但活性炭
存在污泥的二次污染题eyそ
的再生操作复杂,且费用昂贵,处理成本较高;化学法虽综合效果好、操作简便、投资少和运行费用低,但
具有层链状精细规整结构的四凸棒土,因拥有多孔道形貌和较大的表面积,而具有良好的吸附性
能们。目前国内外研究者基于凹凸棒土的这一特性,通过活化或者复合改性处理,赋以复合材料独特性
能,加之凹凸棒土的廉价易得,使其在环境废水的处理中得到广泛应用。本研究以盐酸改性的凹凸
棒土(HATT)为原料,利用M〈(B-氨乙基)γ氨丙基三甲氧基硅烷(KH-792)对其进行改性,并以改性后
的凹凸棒土为吸附剂来处理含Cr(W)的模拟水样,研究它们对Cr(Ⅵ)的吸附性能,考察Cr(Ⅵ)的初始
浓度、吸附时间、凹凸棒土用量和pH值等因素对Cr(MⅥ)去除率的影响;运用吸附动力学与吸附等温线
对吸附的过程和机理进行了初步探讨;为重金属废水中Cr(WⅥ)的去除提供一种廉价的吸附分离材料
1实验部分
1.1仪器和试剂
ASAP2020M+C型比表面及孔分析仪(美国 BECKMAN COULTER公司); Nicolet380型傅里叶变换
红外光谱仪(美国 Nicolet公司); ARL XTRA型X射线粉末晶体衍射仪(瑞士ARL公司); PYRISITGA
型热重分析仪(美国PE公司);7200型分光光度计(尤尼柯上海仪器有限公司)。
HATT按文献[8]方法制备,KH-792、氨水、甲苯、无水乙醇、丙酮、浓硫酸、盐酸(宿州化学试剂有限
公司)。重铬酸钾、二苯碳酰二肼(上海试剂三厂)。所用试剂均为分析纯。
1.2凹凸棒土的改性
在三颈瓶中依次加入200mL甲苯、1mL水及6.0 HATT((105℃下干燥2h),跑后边搅拌边加入
6mLKH-792,在40-45℃下超声40min;然后在50℃搅拌吸附4h,吸附产物经抽滤分离后依次用甲
2011-03-28收稿,20110614修回
安徽高校省级自然科学研究项目(K2009A103);安徽省自然科学研究项目(11040606M33)
通讯联系人:李村,教授;"Tel/Fax:55107342;Emil:cunliahu@yaho.com.cn;研究方向:应用化学
第2期
朱维菊等:氨基硅烷偶联剂改性四凸棒土的制备及其吸附性能
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苯、无水乙醇和去离子水洗涤去除多余的KH-792,于105℃下干燥,即得氨基硅烷改性凹凸棒土
( KHIAMI),研磨备用。
1.3改性凹凸棒土对Cr(Ⅵ)的吸附实验
在锥形瓶中加入一定量 KHAYT、50mLCr()(20mg/L)的模拟水样,在一定温度下吸附,离心分
离,取上层清液,利用二苯碳酰二肼分光光度法测残留Cr(W)的吸光度,用差减法求出Cr(Ⅵ)的吸附
量,计算Cr(MⅥ)去除率。平衡吸附容量公式为:g。=V(po。-p。)/m。式中,q。为平衡吸附容量(mg/g),
v为达到吸附平衡时通人溶液的总体积(mL),P0为吸附开始时水中溶质的浓度(mg/L),P为吸附达到
平衡时水中溶质的浓度(mg/L),m为吸附剂用量(g)。去除率:R(%)=(p。-p。)/pox100%
2结果与讨论
2.1产物的表征
凹凸棒土(AT)、HAT和 KHATMN的红外光谱如图1所示。由图1可以看出, KHAH!在2800~
3000cm'处出现明显的吸收峰,这是C一H键的振动吸收峰,表明在ATT表面结合了有机基团;ATT
谱图上在1027cm'处有1个较强的吸收峰,这是由AT中的Si-0键引起的,该吸收峰在HATT和
KHATT谱图中得到了明显的加强,这是由于经过酸处理后生成了新的Si-0Si键及KH-792和HATT
表面羟基发生键合时,形成了新的Si-0Si键所引起的,这与Wang等?的结果相似。此外,在
KHATT I的谱图上1453cm'处出现了新的吸收峰,主要是由硅烷偶联剂中的CH3引起的,1604和
3190cm'处的特征吸收峰分别由~NH2或NH的弯曲振动和伸缩振动引起。由此可见,KH-792已修
饰到HATT的表面。
4000
3000
图1样品的红外光谱图
图2样品的热失重曲线
ig. 1 IR spectra of ATT(a), HTT(b )and KHATT(c) Fig. 2 TGA curves of HATT(a), 2 ml(b), 6 ml
(c)and 8 ml(d) KH-792 modified HAT
HATT和不同量KH-792改性凹凸棒土的TGA曲线如图2所示。图2曲线a、b、c和d在120~
600℃之间的失重率分别约为10%、12%、22%和15%。由此可进一步说明,KH-792已经修饰到HATT
表面,并且用6mLKH-792改性的HATT表面连接的KH-792量最多。这可能是由于在进行凹凸棒土的
表面改性时,KH-792分子水解形成的硅羟基与凹凸棒土表面的羟基发生缩合反应。当KH792的量没
有达到修饰覆盖所有表面时,随着加入量的增加,接枝到HATT表面的KH-792量增加;当KH-792的量
超过覆盖所有表面的最大量时,再增加KH-792的量,反而会使溶液中的未接枝KH-792分子之间发生
水解缩合,从而使接枝修饰到凹凸棒土表面的KH-792量会略有降低。
图3为AT、HATT及经过改性后的样品的XRD图。由图3可见,ATT在28为8.45°、13.84°
16.40°、19.90°、20.88°、24.20°、34.61°和35.41°等处出现了明显的特征衍射峰,各衍射峰所对应的衍
射面分别为(110)、(200)、(130)、(040)、(121)、(221)、(061)和(161),这与文献?报道结果基本一
致。而在图3的HATT和KHAT中,特征衍射峰的位置和形