蒙脱土与高岭土对有机磷阻燃剂吸附行为的研究

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有机磷阻燃剂(OPFRs)是一种新兴污染物,已在多种环境介质中被检出。其中,OPFRs在土壤上的界面行为极大程度地影响其环境归趋。而目前关于土壤中粘土矿物对OPFRs吸附行为的研究却相当有限。本文选取三苯基氧膦(TPPO)和磷酸三苯酯(TPhP)两种典型的OPFRs,研究其在原土(蒙脱土和高岭土)和改性土上的吸附行为,考察了pH值、无机离子、天然有机质(NOM)、温度等因素对OPFRs吸附的影响,并探讨了吸附机理。蒙脱土和高岭土对TPPO和TPhP的吸附动力学最佳拟合模型均为准二级模型。颗粒内扩散和膜扩散共同控制吸附进程。Freundlich模型为蒙脱土与高岭土吸附OPFRs的最佳拟合等温线模型,R2>0.98。温度升高不利于蒙脱土与高岭土对OPFRs的吸附。吸附过程为自发进行的放热反应,并且以物理吸附为主。pH值对吸附几乎没有影响,只有在pH<2时,由于OPFRs发生质子化,吸附量略有降低。溶液中共存的无机离子能促进OPFRs的吸附,且Ca Cl2的促进作用比Na Cl更明显。NOM也能促进粘土矿物对OPFRs吸附。疏水作用和范德华力参与了吸附过程,其中疏水作用是主要吸附作用力。利用十六烷基溴化铵(HDTMA)对两种粘土矿物进行有机改性,结果表明,烷基长链进入到了蒙脱土的层间,改性后蒙脱土层间距由1.55nm增大到1.90nm,并且有机蒙脱土热稳定性良好。改性后高岭土的比表面积增大了约40%。0.4 CEC(阳离子交换容量)改性的蒙脱土和0.4 CEC改性的高岭土对TPPO的吸附量分别由5.06μg/g和2.21μg/g增加到87.70μg/g和68.73μg/g;对TPhP的吸附量分别由89.71μg/g和69.04μg/g增加到140.48μg/g和107.97μg/g。有机改性土对OPFRs的吸附动力学符合准二级动力学模型,颗粒内扩散不是唯一控制步骤。吸附等温线近似一条直线,线性拟合R2值均大于0.96。有机蒙脱土和有机高岭土对OPFRs的吸附不受pH影响。无机离子可以明显提高有机改性土的吸附性能。NOM的存在可以使OPFRs的吸附量略微增加,但影响不大。低温有利于OPFRs在有机改性上的吸附,整个吸附反应过程为自发进行的放热反应,吸附过程中自由度减小。分配作用是有机改性土吸附OPFRs的主要机理。有机蒙脱土和有机高岭土再生五次,均具有稳定的吸附能力,表明改性土去除水中OPFRs具有良好的应用前景。
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