不同类型烷基铵在蒙脱石中的吸附动力学特性北大核心CSCD

蒙脱石/烷基铵改性产物是一种重要的高附加值矿物材料,蒙脱石对烷基铵的吸附特性决定所制备的改性产物在各类溶剂体系中的凝胶性能和应用特性。本文以两种层电荷不同的膨润土为原料,在提纯、钠化的基础上,系统研究了80℃恒温条件下十八烷基三甲基铵(OTAC)、十六烷基三甲基铵(CTAC)及十四烷基三甲基铵(TTAC)在两种蒙脱石上的吸附动力学特性。研究结果表明:80℃的恒温条件下,烷基铵插层剂的浓度对等温吸附进程影响显著。当三种烷基铵用量较低(1.0CEC)时,在5min左右就可以达到饱和吸附;当烷基铵用量较高(2.0CEC)时,在30min^60min可以达到饱和吸附;两种蒙脱石对三种烷基铵吸附动力学数据均符合准二级反应动力学方程,相应三种烷基铵在两种蒙脱石中平衡吸附量的实验值和计算值qe基本相等;交换液中烷基铵浓度高低对吸附反应的速率常数影响显著,烷基铵在低用量(1.0CEC)下在蒙脱石中的吸附反应速率常数明显高于其在较高用量(2.0CEC)下的吸附反应常数;烷基铵在高层电荷Na-HLCM中的吸附反应速率常数总体上较低层电荷Na-HLCM的略高。     

蒙脱石/十八烷基三甲基铵复合物在丙烯酸涂料中的应用机理研究

针对由两种具有不同层电荷特征的蒙脱石(M1和M2)所制备的蒙脱石/十八烷基三甲基铵复合物和具有不同结构特征的蒙脱石/十八烷基三甲基铵复合物用作丙烯酸涂料的助剂时,对涂料综合性能的影响规律及机理研究发现:利用层电荷较低的蒙脱石(M1)制备的蒙脱石/十八烷基三甲基铵复合物用做丙烯酸涂料助荆具有较好的抗沉增稠效果,而利用层电荷较高的蒙脱石(M2)制备的蒙脱石/十八烷基三甲基铵复合物的抗沉增稠效果较差;蒙脱石/十八烷基三甲基铵复合物结构特征影响其在丙烯酸涂料中的作用效应,具有单层倾斜结构的蒙脱石/十八烷基三甲基铵复合物具有较好的抗沉增稠效果,而具有单层平卧结构和胶束结构的蒙脱石/十八烷基三甲基铵复合物的抗沉增稠效果较差.     

十八烷基三甲基铵用量与蒙脱石/烷基铵复合物结构关系研究

利用小角X射线衍射技术对在不同的十八烷基三甲基氯化铵用量下制备的蒙脱石/烷基铵复合物的结构特征进行研究,结果发现:十八烷基三甲基氯化铵的用量和制备的蒙脱石/烷基铵复合物的结构有明显的相关性,当十八烷基三甲基氯化铵的用量小于0.7 CEC时,十八烷基三甲基铵阳离子在蒙脱石层间呈单层平卧排布;当十八烷基三甲基铵用量在0.9 CEC～1.8 CEC时,十八烷基三甲基铵阳离子在蒙脱石层间呈现单层倾斜排列;当十八烷基三甲基铵用量大于2.3 CEC时,十八烷基三甲基铵阳离子在蒙脱石层间呈现一种大尺寸胶束结构和小角倾斜结构的混层结构模型排布.     

不同链长烷基季铵离子在蒙脱石层间域内排列方式的对比

选用含不同烷基长链的三种季铵盐——十二烷基三甲基溴化铵(DDTMAB)、十四烷基三甲基溴化铵(TDTMAB)、十六烷基三甲基溴化铵(HDTMAB)，对河北钠交换蒙脱石进行了有机柱撑实验，以X射线衍射分析方法对实验产物进行了对比研究。结果表明，由于烷基链中所含的碳原子数目不同，三种长链季铵离子对蒙脱石的柱撑效果不同，DDTMA^ 在蒙脱石层间域内可形成平卧单层、平卧双层和假三层三种不同排列方式；TDTMA^ 与DDTMA^ 在低浓度条件下形成的前两种排列方式相同，而第三种则不同，为倾斜单层排列；HDTMA^ 有机柱撑产物中除了具有前两者的排列方式外，还具有倾斜双层排列方式。不同排列方式的复合产物可以多相共存。此外，随着柱撑剂浓度的增加，三种长链烷基季铵离子在蒙脱石层间域内的排列方式及其演化是不同的。     

聚合羟基铁铝蒙脱石复合体对磷的吸附行为及其动力学

在一定条件下利用钠基化蒙脱石合成了聚合羟基铝-蒙脱石复合体(HyA1-Mt)、2个不同铁含量的聚合羟基铁-蒙脱石复合体(HyFe-Mt)和3个不同Fe:Al摩尔比的聚合羟基铁铝-蒙脱石复合体(HyFeAl-Mt),研究了酸性和弱酸性条件下(pH=3.0～6.5)以上蒙脱石复合体对磷的吸附行为和动力学特征。结果表明,HyFeAl-Mt对磷的吸附容量大于HyA1-Mt和HyFe-Mt复合体,且随着Fe:Al摩尔比的增大,对磷的吸附容量依次增加。随pH升高,蒙脱石复合体对磷的吸附量容量变小。但随Fe:Al摩尔比增大,HyFeAl-Mt复合体零电荷点(pHZPC)升高,pH对磷的吸附的影响越来越小,HyFe-Mt对磷的吸附几乎不受pH的影响。随Fe:A1摩尔比的增大,HyFeAl-Mt对磷的吸附能力增强,铁含量是磷吸附量的重要控制因素。磷在各蒙脱石复合体上的吸附实验数据可很好地用Langmuir吸附等温方程拟合。磷在各蒙脱石复合体上的吸附动力学过程可分为快速和慢速两个过程,快速过程中的动力学受铁含量影响明显。动力学数据可同时用准二级动力学方程和Elovich方程拟合。     

铵在中砂上的3种吸附形态研究

通过动力学和等温吸附实验,研究了不同初始氨氮浓度下水溶铵、交换铵和固定铵在中砂上的吸附规律。结果表明,吸附平衡时各种形态铵含量随初始氨氮浓度增加而增大。3种形态铵吸附行为符合准二级动力学方程。吸附速率常数K大小顺序为：固定铵〉交换铵〉水溶铵,初始速率：固定铵〈交换铵〈水溶铵。随着初始氨氮浓度的增加,水溶铵占总铵的比重由40%上升到65%,其吸附的主要限制步骤为颗粒间扩散。交换铵对总铵的贡献率维持在25%左右,吸附饱和后有所降低,初始氨氮浓度为交换铵吸附的主要限制步骤。固定铵达到饱和时,吸附量只有26.18 mg/kg,对总铵的贡献率由33%下降到9%。     

蒙脱石/胡敏酸复合体对重金属离子吸附实验研究

主要研究了蒙脱石吸附胡敏酸后形成的复合体对Cu2 、Cd2 、Cr3 3种重金属离子的吸附.实验结果表明:用胡敏酸对蒙脱石改性后能提高其对3种重金属离子的吸附性能,胡敏酸浓度越大,吸附性能提高程度越大,3种重金属离子的Langmuir吸附等温线线性相关都能达到0.99以上.蒙脱石/胡敏酸复合体对3种重金属离子的吸附量都随pH值的升高而增加,随离子强度的增加而减小.另外还对其吸附动力学进行了研究,发现可用Elovicb方程和双常数方程对吸附过程进行较好地拟合.     

多链烷基铵链长和负载量对有机蒙脱石层间结构的影响:分子动力学模拟

有机蒙脱石是用表面活性剂与天然蒙脱石得到的复合产物,具有较强的表面疏水性,其对各类有机分子具有良好的相容性,在复合材料及环境保护与修复处理等方面具有广泛的应用。深入     

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ρe之间的关系符合Langmuir等温方程.     

交换液酸碱度对OTAC在蒙脱石中吸附及复合物凝胶粘度影响

在蒙脱石有机改性体系中,交换液酸碱度对蒙脱石荷电性以及十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)的电离度影响很大,进而影响OTAC在蒙脱石中的吸附以及制备复合物的凝胶粘度。研究发现,在pH=3的强酸性交换体系中,蒙脱石端面可变电荷为正电荷,OTAC阳离子和蒙脱石之间静电斥力的存在不利于OTAC在蒙脱石上的吸附,吸附量和吸附率分别是0.943CEC和85.7%,制备复合物的凝胶粘度最低,分别是μ0min为45.67Pa·s,μ30min为16.52Pa·s;在pH=10的弱碱性交换体系中,由于蒙脱石层面和端面均带有负电荷,静电引力更有利于OTAC阳离子在蒙脱石层间交换及表面吸附,其吸附量和吸附率最高,分别为1.097CEC和99.71%,制备复合物的凝胶粘度也较高,分别是μ0min为95.93Pa·s,μ30min为37.67Pa·s;在强碱性交换体系中,当pH=11和13时,蒙脱石对OTAC的吸附量和吸附率降低明显,吸附量分别为1.08CEC和1.058CEC,吸附率分别降到98.20%和96.18%,对应复合物的μ0min分别为96.52Pa·s和93.52Pa·s,μ30min分别为36.57Pa·s和36.53Pa·s,究其原因由于交换液中OTAC阳离子和高浓度的钠离子在蒙脱石层间和表面存在竞争吸附导致蒙脱石层间钠离子的交换难度加大。     

蒙脱石对盐酸四环素吸附特性的实验研究

基于当前发生的抗生素污染环境严峻问题,本文开展高活性粘土矿物蒙脱石吸附水中盐酸四环素(TC)的实验研究。采用批处理吸附实验方法,着重考查溶液初始TC浓度、初始pH值、电解质的阳离子类型及其浓度等对蒙脱石吸附性能的影响。结果显示,蒙脱石对TC的吸附行为可用Freundlich吸附等温线进行描述,并表现出显著的非线性特征;Langmuir方程确定其最大吸附量为625 mg/g;在较强酸性介质条件下(pH=2～4)蒙脱石对TC的吸附能力最强,其次为弱酸性-弱碱性环境(pH=5～9);不同阳离子类型也能显著影响蒙脱石对TC的吸附,表现为阳离子价态越高,对TC吸附的影响程度越明显。蒙脱石可被认为是一种TC的高效吸附剂,应用于盐酸四环素污染废水的处理过程。     

利用氨吸附漫反射红外光谱法探测蒙脱石的固体酸性

用氨吸附漫反射红外光谱学方法,借助图谱拟合解谱手段,探测了不同预处理温度下蒙脱石表面酸性变化特征,并分析了其变化原因。结果表明,低温热处理后的蒙脱石,其B酸和L酸量增大;经较高温度(400、600℃)煅烧的样品,层间距急剧减小,氨分子难以进入层间与酸位发生反应,可探测到的两种酸量都将减少。     

铬酸根离子在羟基铁离子-蒙脱石体系中的吸附行为研究

采矿、电镀、制革等行业废物排放及含Cr矿物风化可造成一些地区土壤和地下水的Cr污染 .Cr主要以三价和六价形式存在 ,其中Cr(Ⅵ )有强的迁移能力 ,对动植物均有很强的毒害性 .研究了在氧化、酸性条件下 ,土壤及土壤溶液中的蒙脱石和羟基铁离子共存时对铬酸根离子 (主要以HCrO2 - 4和CrO2 - 4等Cr(Ⅵ )形式存在 )的吸附行为 .进行了蒙脱石、羟基铁离子、Cr(Ⅵ )离子添加顺序不同的 3个系列的实验 ,重点研究了Cr的初始质量浓度、溶液 pH值、环境温度、吸附时间、溶液离子强度对 3个系列Cr吸附行为的影响 ,并与羟基铁离子体系进行了对比 .结果表明 ,蒙脱石 -羟基铁离子体系的Cr吸附能力明显强于蒙脱石而低于羟基铁离子 ,其Cr吸附率随Cr初始质量浓度、温度的升高和吸附时间的延长而降低 ,随离子强度的升高而升高 ,而pH值对不同系列的Cr吸附率有不尽相同的影响 .     

铬酸根离子在羟基铁离子一蒙脱石体系中的吸附行为研究

采矿，电镀，制革等行业废物排放及含Cr矿物风化可造成一些地区土壤和地下水的Cr污染，Cr主要以三价和六价形式存在，其中Cr(Ⅵ）有强的迁移能力，对动植物均有很强的毒害性。研究了在氧化，酸性条件下，土壤及土壤溶液中的蒙脱石和羟基铁离子共存时对铬酸根离子（主要以HCrO4^2-)和CrO4^2-等Cr(Ⅵ）形式存在）的吸附行为，进行了蒙脱石，羟基铁离子，Cr(Ⅵ）离子添加顺序不同的3个系列的实验，重点研究了Cr的初始质量浓度，溶液pH值，环境温度，吸附时间，溶液离子强度对3个系列Cr吸附行为的影响，并与羟基铁离子体系进行了对比。结果表明，蒙脱石－羟基铁离子体系的Cr吸附能力明显强于蒙脱石而低于羟基铁离子，其Cr吸附率随Cr初始质量浓度，温度的升高和吸附时间的延长而降低，随离子强度的升高而升高，而pH值对不同系列的Cr吸附率有不尽相同的影响。     

聚羟基铝柱撑蒙脱石吸附重金属离子实验研究

利用keggin离子对蒙脱石进行柱撑制得聚羟基铝柱撑蒙脱石,研究柱撑蒙脱石对Cu^2＋,Cd^2＋,Cr^3＋3种重金属离子的吸附。结果表明：未经焙烧的柱撑蒙脱石对Cu^2＋,Cr^3＋离子的吸附性要比原矿好,而经400℃下焙烧的柱撑蒙脱石对Cd^2＋则有更好的吸附性。用腐殖酸对柱撑蒙脱石改性能提高柱撑蒙脱石对3种重金属离子的吸附性能,柱撑蒙脱石对3种重金属离子的吸附量都随pH值的升高而增加。另外还对柱撑蒙脱石对3种重金属离子的吸附动力学进行了研究．发现其动力学吸附过程可用Elovicb方程和一级动力学方程进行较好的拟合。     

不同粒径泥沙共存吸附动力学模式研究

天然水体中泥沙组成具有非恒定性和非均匀性,而不同粒径泥沙的吸附能力差异很大.因此.讨论天然水体中泥沙对重金属污染物的自净能力,必须研究不同粒径泥沙共存(即非均匀沙)的吸附模式.通过系统室内静态试验,研究了不同粒径泥沙共存吸附的吸附动力学模式.它表明,不同粒径泥沙共存吸附体系各粒径之间不存在竞争和干扰,共存体系单位重量泥沙的吸附量等于各粒径泥沙单独存在,在相同条件下单位重量泥沙的吸附量乘以其在共存体系中所占份额的和.这在一定程度上解决了天然河流水体泥沙吸附量的计算问题.     

低温酸性条件下白钨矿的不一致溶解动力学

在75℃和pH=1.04～2.46时采用间歇型实验方法测定了天然白钨矿在HCl溶液中的溶解速率,揭示了溶解反应的动力学机理。结果表明,Ca的释放速率随反应时间保持稳定,并随pH降低而增大。W的释放行为则更为复杂,在反应初期与Ca呈一致溶解,之后由于钨酸表面层(中间产物)的形成,W的释放量和释放速率明显下降。这说明白钨矿的溶解作用由早期的表面化学反应转变为化学反应-扩散控制过程,从而导致W、Ca呈不一致溶解。pH越小,不一致溶解出现的时间越早。酸性溶液中白钨矿的溶解速率方程为v=k[H+]n,以W和Ca计算的速率常数k分别为0.65×10-5mol/m2s和1.04×10-5mol/m2s,反应级数n则分别为1.20和1.26。结合他人研究结果,白钨矿的溶解反应相对于H+可能为一级反应。     

羟基铁聚合阳离子插层蒙脱石对盐酸四环素的吸附特性研究

成功制备了羟基铁聚合阳离子插层蒙脱石(Fe-Mt),采用XRD、FT-IR、TEM和BET比表面积测定等方法对其结构进行表征,并以盐酸四环素(TC)作为目标污染物,系统开展了Fe-Mt对TC的吸附性能研究,最后考察了溶液pH值、阴离子种类及其浓度对TC吸附的影响。研究结果表明,采用Langmuir和Freundlich两种等温吸附模型均可很好描述pH=3.0时Fe-Mt对TC的吸附,但前者(R20.98)相对优于后者(R20.98)。酸性条件有利于TC的吸附,同时Fe-Mt对TC的吸附随着背景电解质浓度的升高而增强,这种现象正好与蒙脱石的情况相反。在优化反应条件下(吸附剂投加量为1.0 g/L),阴离子类型显著影响Fe-Mt对TC的吸附,对TC的理论最大吸附量的增大顺序为:SO2-4NO3-Cl-,分别对应500.0、339.0和316.5 mg/g。在酸性条件下Fe-Mt对TC的吸附机理表现为多种吸附模式并存,其中以表面配位和阴离子静电作用为主。     

Cu2+和Cd2+在蒙脱石-胡敏酸复合体上的吸附及其竞争

土壤和水体中的腐殖酸常常与粘土矿物紧密结合成为特殊的复合体.这种粘土矿物-腐殖酸复合体对重金属的吸附作用既有别于粘土矿物,更有别于腐殖酸.以蒙脱石和胡敏酸分别作为粘土矿物和腐殖酸的代表,通过一系列实验研究了Cu2+、Cd2+在单一体系和共存体系条件下在蒙脱石-胡敏酸复合体上的吸附作用,同时探讨了二者的竞争特点.实验结果表明,在单一体系条件下,蒙脱石-胡敏酸复合体对Cu2+的吸附量始终明显大于Cd2+,且二者的吸附量均随其初始浓度的增大而呈线性增大;而在Cu2+和Cd2+共存体系条件下,Cu2+的吸附量始终略大于Cd2+的吸附量,即复合体对Cu2+的吸附有较好的选择性.在吸附过程中,复合体中的蒙脱石与Cd2+和Cu2+的阳离子交换作用处于主导地位.无论是在单一体系还是在共存体系中,Cd2+优先替换电价相同而半径略大的Ca2+,而Cu2+则优先替换半径相近、电价低的Na+.因此,Cd2+的存在使Cu2+在复合体上的吸附量明显地减小,而Cu2+的存在对Cd2+的吸附几乎没有影响.这些实验结果将有助于深入探讨重金属离子在土壤、水体等环境中的迁移-固定行为.     

铅—试铁灵络合物吸附波及溴化十六烷基三甲基铵增敏效应的研究

在０３０ｍｏｌ／ＬＨＡｃ介质中，Ｐｂ（Ⅱ）与７＿碘＿８＿羟基喹啉＿５＿磺酸（试铁灵，Ｆｅｒｏｎ）的络合物于－０５４Ｖ（ｖｓ．ＳＣＥ）产生一尖锐的极谱波，加入溴化十六烷基三甲基铵（ＣＴＭＡＢ）显著增敏，可使极谱波增高约４倍。峰电流与Ｐｂ（Ⅱ）浓度在９６×１０－９～４８×１０－６ｍｏｌ／Ｌ呈良好的线性关系，检出限为４８×１０－９ｍｏｌ／Ｌ。用多种电化学方法研究了该极谱波的性质及电极反应机理表明，络合物组成比为ｎＰｂ（Ⅱ）∶ｎＦｅｒｏｎ＝１∶１，极谱波为吸附波，峰电流由中心离子Ｐｂ（Ⅱ）还原产生，电子转移数为２。试验了多种离子对峰电流的影响，拟定的方法用于矿样分析，结果与原结果相符。