表面活性剂改性4A分子筛处理阴离子型重金属废水

Posted 2023-01-13 分子筛

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采用浸渍法对4A分子筛进行表面改性，通过引入阳离子表面活性剂，使4A分子筛表面附着季铵型阳离子，并与反离子Br-形成“阴离子交换膜”，从而促使更多的Cr（VI）阴离子通过离子交换吸附到改性4A分子筛上，通过X-射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对样品的物相结构和组成进行表征分析。

研究表明，表面活性剂的类型和疏水碳氢链结构会影响4A分子筛的吸附能力，十八烷基三甲基溴化铵（OTAB）碳氢链长，在分子筛表面形成的双分子层密，对Cr（VI）的吸附量最大。采用准一级、准二级、Elovich和Bangham动力学模型对六价铬的吸附数据进行拟合，其中准一级动力学方程最符合十八烷基三甲基溴化铵改性分子筛的吸附行为。同时，分别从Langmuir和Redlich-Peterson等温吸附模型获得六价铬的最大吸附量为13.98 mg/g，且改性分子筛以均一表面吸附为主。

铬污染主要来自电镀、采矿、钢铁生产、制革和电器设备等行业，大多以Cr（VI）（如三氧化铬、铬酸盐和重铬酸盐）和Cr（VIII）（如三氧化二铬和硫酸铬）形式存在。由于Cr（VI）的水溶性和迁移性较大，且具有致癌致突变作用，其毒性远高于Cr（VIII），该工业废水的排放加剧了水环境污染，严重危害人类的健康。Cr（VI）通常是以铬酸盐（CrO2-4）和重铬酸盐（Cr2O2-7）的形式出现，主要处理技术包括化学还原、离子交换、电渗析、反渗透和活性炭吸附等方法。但上述方法存在毒性转移、成本高和回收困难等问题，如化学还原成较低毒性的铬化合物，仍然无法根除铬污染。

人工合成分子筛具有可设计性、良好的热稳定性和耐酸性，已成为重要的化工产品，如可用作吸附剂、催化剂和洗涤助剂等，其中4A分子筛是一种多孔性含水晶状硅铝化合物，整体构架呈负电性，易与阳离子发生交换作用而不破坏内部结构，具有较好的阳离子选择性吸附特性，但对阴离子的吸附和交换能力很差。采用表面活性剂对4A分子筛进行表面电荷调和，能有效改善4A分子筛对阴离子的吸附性能，已受到部分学者的关注。

本文研究了表面活性剂的类型和结构对4A分子筛吸附Cr（VI）的影响，并探讨Cr（VI）在4A分子筛上的等温吸附和动力学规律，为4A分子筛在阴离子型重金属废水的应用中提供基础改性技术。

1实验部分

1.1试剂与仪器

4A分子筛（250目，SiO2 57.4%，Al2O3 26.1%）；十二烷基硫酸钠溶液（SDS）；十二烷基苯磺酸钠溶液（SDBS）；四丁基溴化铵溶液（TBAB）；溴化十六烷基吡啶溶液（CPB）；十二烷基三甲基溴化铵溶液（DTAB）；十六烷基三甲基溴化铵溶液（CTAB）；十八烷基三甲基溴化铵溶液（OTAB）；十二酸脱水山梨醇酯（Span-20）；曲拉通溶液（TX-100）；以上表面活性剂溶液的浓度均为0.1 mol/L；重铬酸钾；氯化铵；硝酸银；实验用水均为二次蒸馏水，所用试剂均为分析纯。

GBC932B型原子吸收分光光度计（澳大利亚GBC科学仪器公司）；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器（巩义市英峪予华仪器厂）；SHA-C水浴恒温振荡器（常州国华电器有限公司）。

1.2样品表征

XRD表征采用PANalytical公司X’Pert PRO MPD型全自动X射线衍射仪，工作电压40kV，工作电流40mA，Cu Kα射线，步长为0.033°，停留时间为8s，扫描范围2θ=5°～50°。

FTIR表征采用Nicolet NEXUS 670中红外光谱仪，KBr压片，扫描范围400～4000cm。

1.3吸附性能评价

称取一定量4A分子筛置于1mol/L的NH4Cl溶液中，40℃水浴搅拌6h，真空砂滤、水洗至滤液无Cl-为止（用0.1 mol/L的AgNO3溶液检测），80℃干燥4h，500℃下煅烧2h。然后将经过处理的分子筛置于0.1 mol/L的表面活性剂溶液中，40℃水浴搅拌24h后，经真空砂滤、水洗至滤液中无Br-为止（用0.1 mol/L的AgNO3溶液检测），60℃真空干燥10h，即获得改性分子筛。。

取10mL一定浓度的含Cr（VI）模拟废液（pH=6.5）于离心管中，加入0.1g改性分子筛，40℃恒温振荡一定时间后，离心分离，用原子吸收分光光度计测定上层清液中Cr（VI）的含量变化值。

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