酸和热处理对海泡石结构及吸附Pb_2_Cd_2_性能的影响

第 31 卷第 6 期 2010 年 6 月
环 境 科 学 ENVIRONMENTAL SCIENCE
Vol. 31 ， No. 6 Jun. ， 2010
2+ 2+ 酸和热处理对海泡石结构及吸附 Pb 、Cd 性能的 影响
1 1 2 1 1 1 1 徐应明 ， 梁学峰 ， 孙国红 ， 孙扬 ， 秦旭 ， 王林 ， 戴晓华
（ 1. 农业部环境保护科研监测所污染防治研究室， 天津
300191 ； 2. 天津农学院基础科学系， 天津
300384 ）
摘要：通过 X 射线衍射 、 傅里叶变换红外光谱及比表面积分析等 研 究 了 酸 和 热 处 理 对 天 然 海 泡 石 结 构 的 影 响 ， 并考察不同处
2+ Cd 2 + 性能 . 结果表明， 海泡石 比 表 面 积 均 随 盐 酸 浓 度 、 处 理 时 间 的 增 加 而 略 有 增 大， 而结 理后的海泡石样品吸附重金属 Pb 、
2+ 成 Cd 在不同海泡石样品上的吸附并计算吸附量 .
. 目前， 国内外有关海泡石的研究主 要 集
中在对水体重金属 、 表面活性剂等吸附性能研究方
［ 5 ～ 11 ］
， 但有关酸和热处 理 对 海 泡 石 结 构 性 能 的 影
［ 12 ，13 ］
响国内研究较少
. 本实验通过对天然海泡石在
. 虽然我国是世界
上少数几个富产海 泡 石 的 国 家 之 一， 但开发利用却 ， 目 前 仍 以 出 口 原 料 为 主. 由 于 海 泡 石 比表面积仅次于活性炭， 其价格仅为其十几分之一，
6期
2+ 2+ 徐应明等：酸和热处理对海泡石结构及吸附 Pb 、Cd 性能的影响
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破坏结构格架， 从而形成一个内表面积很大的空穴， 可吸附并储存大量的离子；而在酸处理后， 海泡石的 表面 结 构 发 生 变 化， 半 径 < 1 nm 的 孔 洞 数 量 减 少， 而半径为 1 ～ 5 nm 的 孔 洞 百 分 比 增 加， 酸处理加大 使被吸附物质分子更容 了晶体内部通道的 横 截 面， 易进入 面
关键词：海泡石；图分类号： X703. 3 文献标识码： A 3301 （ 2010 ） 061560 08 文章编号：0250 -
Effects of Acid and Heating Treatments on the Structure of Sepiolite and Its Adsorption of Lead and Cadmium
XU Ying-ming 1 ，LIANG Xue-feng 1 ，SUN Guo-hong 2 ，SUN Yang 1 ，QIN Xu 1 ，WANG Lin 1 ，DAI Xiao-hua 1
（ 1. Department of Pollution Control ，Institute of Agro-environmental Protection ，Ministry of Agriculture of China ，Tianjin 300191 ， China ； 2. Department of Basic Science ，Tianjin Agricultural University ，Tianjin 300384 ，China ） Abstract ： The effects of acid and heating treatment on the structure of sepiolite and its adsorption capacities for Pb 2 + and Cd 2 + were investigated using X-ray powder diffraction ，infrared spectroscopy ，surface area analyses and batch sorption experiments in this paper. The results showed that the BET surface area of the sepiolite samples grew with increase concentrations of HCl and prolong treatment time and no obvious structural changes were observed. CaCO 3 as the impurity in the natural sepiolite can not be removed completely in the treatment process with 0. 5 mol · L － 1 HCl. The surface area of sepiolite treated with 6 mol · L － 1 HCl and continuous stirring 72 h reached the maximum 301. 47 m 2 · g － 1 . A decrease in the BET surface area was observed for the samples treated with acid at higher temperature. The BET surface area of samples treated with different acid species arranged in the order HCl > HNO 3 > H 2 SO 4 . The calcinations process decreased the BET surface area from 21. 44 m 2 · g － 1 at 100℃ to 0. 17 m 2 · g － 1 at 900℃ . The adsorption results indicated that despite increases in the surface areas upon acid activation ，improvements in the adsorption were not observed for heavy metal Pb 2 + and Cd 2 + ions. Pb 2 + ions have higher affinity for specific adsorption onto the sepiolite samples than Cd 2 + ions. H 2 SO 4 treatment was found to be more effective for the removal of Pb 2 + and Cd 2 + ions than HCl and HNO 3 treatments. It is apparent that PbSO 4 and CdSO 4 were formed during the sorption process. The calcinations treatment exhibited no significant effects on the adsorption of Pb 2 + ions onto sepiolite ，but the adsorption of Cd 2 + ions obviously increased above 700℃ . Key words ： sepiolite ； acid treatment ； thermal treatment ； structural characterization ； heavy metal ； adsorption
海泡石是链式层状结构的纤维状富镁硅酸盐黏 土矿物， 是由二层硅 氧 四 面 体 片 之 间 夹 一 层 金 属 阳 离子八面体组成， 为2∶ 1 型， 其 化 学 式 为 Mg 8 （ H 2 O ） 4 ［Si 6 O 15 ］ 其 中 SiO 2 含 量 一 般 在 2 （ OH ） 4 · 8H 2 O ， 54% ～ 60% 之 间， MgO 含 量 多 在 21% ～ 25% 范 围 内， 并常有 少 数 置 换 的 阳 离 子 十分落后
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十分低廉 . 因此， 加强对海泡石的开发利用研究有着 极其重要的意义 . 海泡石具有强吸附能力， 并可通过 加热 或 酸 处 理 来 改 变 . 在 一 定 温 度 范 围 内 （ 100 ～ 300℃ ） 焙烧海泡石， 将除去其孔道中的水分子而不
0820 ；修订日期 ：20091021 收稿日期 ：2009基金项目 ： 国家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 （ 863 ） 项 目 （ 2008AA06Z334 ） ； 天津市自然科学基金项目（ 08JCYBJC02200 ） ；中 央 公 益 性 科研院所基本科研业务费专项 作者简介 ： 徐应明（ 1964 ～ ） ， 男， 博 士， 研 究 员， 博 士 生 导 师， 主要研 究方 向 为 环 境 污 染 化 学 与 污 染 控 制 技 术 ，E-mail ： ymxu1999@ 126. com
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海泡石 于 250 mL 烧 杯 中， 加 入 100 mL 6. 0 、7. 0 、 8. 0 mol · L － 1 HCl 溶液， 分别在 25 和 80℃ 下 连 续 搅 拌 72 h. 酸种类影响实验：称取 5. 00 g 经 200 目 筛 的 天 分 别 加 入 100 mL 2 然 海 泡 石 于 250 mL 烧 杯 中， mol · L － 1 盐酸 、 硝酸和硫酸溶液， 连续搅拌 8 h. 焙烧温 度 影 响 实 验： 称 取 10. 00 g 经 200 目 筛 分 别 在 100 、200 、300 、 的天然海泡 石 于 马 弗 炉 中， 400 、500 、600 、700 、800 和 900℃ 下焙烧 4 h. 1. 5 重金属吸附实验 分别称取天然海泡石及 1. 4 所述不同方法处理 置 于 系 列 50 mL 离 后的部分海泡石 样 品 各 0. 05 g ， 心管中， 分别加入预先配制的硝酸铅溶液 25 mL. 将 离心管置于水 浴 恒 温 振 荡 器 中， 恒 温 25℃ ， 振 荡 24 h 后取上层清液以13 000 r · min － 1 转速高速离 心 15 min ， 取上清液用原 子 吸 收 分 光 光 度 计 （ M6 ，Thermo Electron Corporation ） 测 定 Pb 2 + 离 子 浓 度， 根据前后 完 浓度差及海泡石样品质量计算吸附量 . 同样步骤，