聚乙烯亚胺改性蒙脱土对刚果红的吸附性能

王　凯，张颖颖，曹洪玉，魏　杰，刘佳慧

（赤峰学院　化学化工学院，内蒙古　赤峰　024000）

聚乙烯亚胺改性蒙脱土对刚果红的吸附性能

王凯，张颖颖，曹洪玉，魏杰，刘佳慧

（赤峰学院化学化工学院，内蒙古赤峰024000）

利用聚乙烯亚胺对蒙脱土进行改性，得到了表面含有氨基的改性蒙脱土.以刚果红为目标污染物，研究了改性蒙脱土的用量，pH，吸附时间和初始浓度等对吸附量的影响.研究表明，聚乙烯亚胺改性的蒙脱土对刚果红具有良好的吸附性能，脱出率在90%以上；在pH=4时的吸附量最大；吸附时间在100min内基本上达到吸附平衡；在25℃，最大吸附量为268.7mg/g.

蒙脱土；聚乙烯亚胺；刚果红；吸附性能

随着我国的印染工业的迅速发展，染料废水的排放量逐年增加.染料废水色度深、成分复杂、排放量大且存在一定的毒性，如果将其直接排放到河流湖泊中，对水中的水生生物和水质造成严重的威胁［1-2］.目前，对染料污水处理的方法主要有吸附、膜分离、光催化降解、电化学处理和微生物降解等方法［3-4］.由于吸附法操作简单、能耗低、吸附剂种类多和吸附效率高等优点，已成为处理染料废水的有效方法.蒙脱土由于具有很好的膨胀性、吸附性和阳离子交换性能，且资源丰富、价格低廉，逐渐成为处理印染废水首选的吸附剂.由于天然蒙脱土具有较强亲水性，不利于亲油性有机化合物的吸附.为了解决这些问题，许多科技工作者对蒙脱土进行了改性的研究.内蒙古师范大学化学与环境科学学院杨丽霞等人［5］利用十六烷基三甲基氯化铵对其进行有机改性处理并将其应用于对刚果红的吸附，吸附率可达到99.99%.蚌埠学院应用化学与环境工程葛金龙等人［6］利用γ－氨丙基三乙氧基硅烷对蒙脱土进行改性，并将其应用于对亚甲基蓝的吸附.

本实验采用聚乙烯亚胺为改性剂，制备了表面含氨基的改性蒙脱土，探索了改性蒙脱土的用量、pH、吸附时间和刚果红的初始浓度等对聚乙烯亚胺改性蒙脱土的吸附性能的影响，为改性蒙脱土在污水处理领域的应用提供了理论依据.

1　材料与方法

1.1主要试剂与仪器

试剂：聚乙烯亚胺（AR，艾科试剂）；蒙脱土（AR，艾科试剂）；刚果红（AR，艾科试剂）；

仪器：超级恒温水浴锅（ZH-2C，南京多助）；紫外可见分光光度计（TU-1901，北京普析）.

1.2有机蒙脱土的制备

称取10g蒙脱土加入到100mL的蒸馏水中，磁力搅拌至均匀.加入10mL，10%的聚乙烯亚胺的改性蒙脱土，在恒定温度下搅拌24h.然后，常温冷却，离心分离，所得粉体用蒸馏水洗涤数次，80℃烘10h，研磨，过筛，即得表面含氨基的改性蒙脱土.

图1　刚果红的标准曲线

1.3刚果红标准曲线的绘制

准确配制一系列的刚果红标准溶液，以蒸馏水作参比，用紫外可见分光光度计在最大吸收波长497nm下测溶液的吸光度，绘制标准曲线如图1，其标准曲线方程为y=0.01045 +0.02176相关系数为0.9999，符合工作曲线的要求.

1.4吸附性能的测试

准确称取一定质量的聚乙烯亚胺改性的蒙脱土分别加入一定浓度的刚果红溶液中，溶液的体积为50mL，将其放入双层空气恒温振荡器内振荡，调节振荡频率（150r/min）.吸附完成后取上层溶液，利用紫外可见分光光度计对吸附后的溶液进行测定.根据式（1）计算单位质量改性蒙脱土对刚果红的吸附量：

式中，qe为平衡吸附量（mg/g）；C0和Ce分别为刚果红的初始浓度和平衡浓度（mg/L）；V为溶液的体积（L）；m为蒙脱土的干重（g）

2　结果与讨论

2.1吸附剂用量的影响

将不同质量的聚乙烯亚胺改性的蒙脱土加入50mL 100g/L的刚果红溶液中.如图2所示，随着改性蒙脱土用量的增加，对刚果红的脱色率都随之增大，当吸附剂的投入量的增加，聚乙烯亚胺改性蒙脱土对刚果红去除率由41%增加到80%，当改性蒙脱土的用量继续增大时，刚果红的去除率增长幅度降低.这主要是由于吸附剂投加量增大，吸附剂表面可提供更多的氨基吸附点位来吸附刚果红，提高了染料的脱色率.脱色率增加到一定程度后，继续增加吸附剂对脱色率的影响不大.对于吸附量而言，聚乙烯亚胺改性蒙脱土对水中刚果红的吸附量随着吸附剂用量的增加而降低，其原因为吸附剂用量的增加会使吸附剂表面处于不饱和状态的吸附位增多.

图2　改性蒙脱土度用量对刚果红吸附的影响

2.2pH对吸附量的影响

刚果红溶液初始pH值的不同对聚乙烯亚胺改性蒙脱土吸附量的影响如图3所示.当pH值由4.0增加到10.0时，吸附量有78.07mg/g减少到41.9mg/g，当pH=4时有最大的吸附量.pH值对吸附的影响主要归因于刚果红和改性吸附剂之间的表面电荷，电离程度和种类的相互作用.刚果红是酸性染料，当酸性条件（如pH＞3），水中刚果红的磺酸基团（-SO3Na）会离解为带负电的离子（-SO3-）从而使的刚果红带负电.聚乙烯亚胺改性的蒙脱土在酸性条件下，NH2质子化成-NH3+，与刚果红分子中的带负电-SO3-的产生静电吸引作用；而随着pH的增大，溶液中的OH-等与刚果红阴离子存在竞争吸附，导致聚乙烯亚胺改性吸附剂的表面被OH-挤占，从而使刚果红阴离子的吸附量减小.

图3　pH对改性吸附剂吸附刚果红的影响

2.3吸附时间对吸附效果的影响

由图4可以看出：吸附时间低于100min时，聚乙烯亚胺改性蒙脱土对刚果红的吸附量（qt）随吸附时间的增加而吸附量增大，当吸附时间在100min以后，吸附量基本保持衡定.由于吸附初期，吸附空位比较多，溶液中的刚果红分子快速占据聚乙烯亚胺改性蒙脱土的吸附位，吸附速率比较快.

2.4染料的初始浓度对吸附的影响

在25℃下，考察了刚果红的初始质量浓度对吸附效果的影响如图5.聚乙烯亚胺改性蒙脱土吸附刚果红的平衡吸附量（qe）随初始浓度的增加而增大，增加到一定浓度后，饱和吸附量基本不变，其吸附量为268.7mg/g.因为在改性蒙脱土用量一定情况下，随着刚果红浓度的增加，浓度梯度升高，增加了吸附剂表面和溶液之间的推动力，有利于刚果红的吸附.

图4　吸附时间对改性蒙脱土吸附剂吸附刚果红的影响

图5　初始浓度对改性吸附剂吸附量的影响

3　结论

聚乙烯亚胺改性的蒙脱土对刚果红有较好的吸附作用，随着吸附剂用量的增加，脱除率在90%以上；pH对吸附量影响比较大，随着pH的增加，吸附量逐渐降低，在pH=4时吸附量最大；通过对吸附时间的测定，在100min内基本达到吸附平衡；在25℃下，最大吸附量为268.7mg/g.因此，利用聚乙烯亚胺改性的蒙脱土处理印染废水，具有一定的应用价值.

〔1〕程丽华，李瑾，王涵，焦淑芳，马启敏.壳聚糖/蒙脱土插层复合物对活性红染料的吸附热力学研究［J］.中国海洋大学学报，2014，44（6）：90-96.

〔2〕王凯，曹洪玉，靳瑞发，孙菱翎，李秀华，邱广明.含氨基磁性微球的制备及其对酸性橙7的吸附性能 ［J］.功能材料，2015，46（21）：21137-21143.

〔3〕张冬云，白孟兰，李新梅，赵斯琴，长山.介孔TiO2的合成及其对刚果红的吸附性能，2014，20（3）：30-33.

〔4〕李北罡，胡潜龙.粉煤灰/ZnO复合材料对活性艳蓝KNR的吸附性能［J］.中国矿业大学学报，2016（2）：418-425.

〔5〕杨丽霞，刘娜，赵斯琴，长山.改性蒙脱土对刚果红的吸附性能研究［J］.化工矿物与加工，2015（2）：24-27.

〔6〕葛金龙，崔世亮，秦英月，王迎春，王传虎.γ-氨丙基三乙氧基硅烷修饰蒙脱土及对亚甲基蓝吸附性能研究［J］.化工新型材料，2015，43（7）：151-153.

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1673-260X（2016）10-0021-02

2016-06-24