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本研究采用三种不同链数即单链(十六烷基三甲基溴化铵,HDTMAB)、双链(双-十八烷基二甲基溴化铵,DDOAB)和三链(三-十八烷基甲基溴化铵,MTOAB)的烷基铵阳离子表面活性剂为改性剂,制备一系列不同负载量的有机改性蒙脱石,并对其产物进行X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析(TG)、透射电镜(TEM)及X射线光电子能谱(XPS)等分析测试,研究有机烷基铵的有机链的数目、负载量等对层间距与层间微结构的影响。在此基础上,以上述有机改性蒙脱石作为吸附剂,研究有机改性蒙脱石对对硝基苯酚(PNP)的吸附作用以及有机蒙脱石吸附PNP后微结构的变化,从结构角度探讨有机蒙脱石对PNP的吸附作用机理。
论文所取得的主要研究成果如下:
(1)多链阳离子表面活性剂与单链相类似,随着负载量的增加,在有机蒙脱石层间的排列模式总体趋势均由平卧状至倾斜状。有机蒙脱石的层间域高度取决于层间表面活性剂离子的种类、负载量及排列方式。随着负载量的增加,层间表面活性剂均存在一个“类似液态”到“类似固态”的演化过程。
(2)经有机改性后,蒙脱石表面由亲水性转变为疏水性。烷基铵在蒙脱石中的负载位置分为两种形式:在低负载量情况下,表面活性剂以离子交换的形式进入了蒙脱石的层间;在高负载量情况下,除了离子形式外,还有部分表面活性剂以离子对的形式(如:HDTMA++Br-)负载在蒙脱石中,表面活性剂离子不仅进入了蒙脱石的层间,而且附着在蒙脱石的外表面或者占据“卡房式”结构孔。
(3)有机蒙脱石的微结构影响了其对PNP的吸附。随着表面活性剂负载量的增加,有机蒙脱石的SBET及孔容都较Na-Mt有明显下降,但有机蒙脱石对PNP的吸附能力却有明显提高。在表面活性剂低负载量的条件下,表面活性剂离子主要存在于蒙脱石的层间,有机蒙脱石对PNP的吸附是表面吸附和分配作用共同作用的结果;在高负载量情况下,蒙脱石几乎完全被表面活性剂所包围,在蒙脱石的层间和颗粒间(“卡房式”结构孔)均分布了有机表面活性剂,这种有机介质不仅增加了有机蒙脱石与PNP的亲和力,而且可作为PNP的分配介质。此时该类有机蒙脱石对PNP的吸附主要是以分配作用为主。同时,在吸附过程中,PNP使烷基铵在层间发生了重排,并提高了有序程度。
(4)在低负载量条件下,不同链数表面活性剂改性制得的有机蒙脱石对PNP的去除率非常接近,其对PNP的去除率受表面活性剂中烷基链数(有机碳)的影响不明显。在相对高负载量条件下,MTOAB有机蒙脱石对PNP的去除效率比DDOAB和HDTMAB有机蒙脱石的略有增加。本研究揭示了有机碳含量并不是有机蒙脱石对PNP的吸附能力的决定因素,表面活性剂在蒙脱石层间的堆垛密度、排列模式和有机蒙脱石的微结构对吸附具有重要影响。