CN102730810B - 一种改性坡缕石絮凝吸附剂的应用 - Google Patents
一种改性坡缕石絮凝吸附剂的应用 Download PDFInfo
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Abstract
一种改性坡缕石絮凝吸附剂的应用，它涉及一种絮凝吸附剂的应用。本发明提供一种改性坡缕石絮凝吸附剂的应用，改性坡缕石絮凝吸附剂用于吸附腐殖酸使用。优点：改性坡缕石絮凝吸附剂用于吸附腐殖酸的去除率可达96%。
Description
技术领域
本发明涉及一种絮凝吸附剂的应用。
背景技术
粘土具有独特的层状结构而具有良好的吸附和离子交换性能，且其储量大、价格低，是一类很有发展前景的优质廉价吸附剂，许多科学工作者针对不同矿物如膨润土、硅藻土、蒙脱土、沸石、海泡石、蛭石、蛇纹石、高岭土和伊利石等，采用不同的改性方法如焙烧、酸浸、碱浸、改性剂改性、表面活性剂插层等吸附腐殖酸与氨氮，国内外已有大量的研究成果。
坡缕石（坡缕石，也称凹凸棒石黏土、凹凸、漂白土、白土、山软木等）在矿物学上隶属海泡石族，是一种以硅酸镁为主要成分，并含有铝、铁等元素的粘土矿。俄罗斯学者萨夫钦科夫（Tsavtchenkov）1860年在乌拉尔坡缕缟斯克（Palygorsk）矿区的热液蚀变带中最早发现该矿物，1913年菲尔斯曼（A.E.Fersman）为其命名palygorkite。法国学者拉帕朗特（J.deLapparent）1935年在美国乔治亚州凹凸堡（Attapulgus,Georgia）与法国摩尔摩（Mormoiron,France）的沉积岩中以及中国学者许冀泉1976年在中国江苏省六合县竹镇小盘山均发现了该矿，目前具有工业意义的矿床主要分布在美国、西班牙、法国、土耳其、塞内加尔、南非、澳大利亚以及中国的苏皖、四川、山东、甘肃、山西、浙江、贵州、内蒙、湖北、河北等地。自19世纪70年代以来，国内外学者对坡缕石矿物结晶学及矿物学、成因理论及应用技术进行了深入研究，坡缕石凭借其独特层状、链式结构赋予它的特殊性能，以吸附剂、粘结剂、助剂、添加剂、催化剂载体等形式被广泛应用于污水处理、油脂加工、医药、石油化工等领域，素有千土之王的称号。
近年来，随着环境科学发展的需要，坡缕石凭借以下优势，使原土及改性土（活化、有机质复合改性、无机材料复合改性、金属离子负载改性）在水处理中的应用倍受人们的重视，成为国内外研究的热点：pH值为8～9，呈碱性；比表面积高于其他粘土矿物，用BET法测通常为146～210m2/g，晶体内部与沸石孔道尺寸大小一致，使其具有分子筛的作用；吸附脱色性较好，品位（%）越高，脱色力越强；选择性吸附突出，吸附能力依次为：水＞醇＞醛＞酮＞正烯＞中性脂＞芳烃＞环烷烃＞烷烃；坡缕石中硫酸盐、亚硝酸盐等含量均低于“粉末活性炭”，且凹凸棒石中无石棉含量，具有安全、卫生、无毒性；具有很强的灭菌、除臭、去毒、杀虫性，可用凹凸接触或过滤技术处理常规方法无法去除的有害物质，诸如激素、农药、病毒、毒素和重金属离子等，解决水中残余铝问题；再生（加热或化学剂）工艺简单。
国内由于技术等方面的限制，相对于其它矿物质，国内矿产丰富的坡缕石，很大一部分都低价卖给西欧国家，经济利益很低。近年来国内外对坡缕石在各种污（废）水处理的改性研究进行了许多探索，但将其用于低温高色水源饮用水处理的改性研究还鲜有报道。
发明内容
本发明提供一种改性坡缕石絮凝吸附剂的应用，改性坡缕石絮凝吸附剂用于吸附腐殖酸的去除率达到96%。
一种改性坡缕石絮凝吸附剂的制备方法，具体是按以下步骤完成：一、提纯：首先天然坡缕石与去离子水按质量比1:(18～99)将天然坡缕石投加到去离子水中，然后在搅拌速度为1000r/min～10000r/min下搅拌分散10min～30min，得到粘土浆，再将粘土浆置于离心机中，并在离心转速为4000r/min～12000r/min下离心分离10min～20min，经分离得到灰白色粘土膏，并在温度为80℃～120℃下烘干至恒重，再粉碎过200目筛后，即得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石；二、负载：首先将脱乙酰度为85%～95%的壳聚糖溶于体积分数为2%的冰乙酸中，并在温度为20℃～100℃、搅拌转速为200r/min～400r/min下搅拌至完全溶解，然后以投加速度为10g/min～50g/min加入粒径为200目以下的纯化后坡缕石，并在温度为20℃～100℃、搅拌转速为200r/min～400r/min下持续搅拌2h～4h，得到悬浮液，采用浓度为0.5mol/L～1.5mol/L的NaOH将悬浮液调至中性，然后在离心转速为4000r/min～12000r/min下离心分离10min～20min，并将离心分离得到的固体采用去离子水洗涤4～6次，然后将洗涤后的固体在温度为60℃～110℃烘干12h～24h，再粉碎过200目筛后，即得到改性坡缕石絮凝吸附剂；步骤二中所述的脱乙酰度为85%～95%的壳聚糖质量与体积分数为2%的冰乙酸体积的比例为1g:(30mL～120mL)；步骤二中所述加入粒径为200目以下的纯化后坡缕石与脱乙酰度为85%～95%的壳聚糖的质量比为(5～20):1。
本发明优点：一、本发明步骤一采用去离子水沉降-离心分离组合法有效而充分地去除了石英杂质并拆散坡缕石原本致密的聚集体与晶束，得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石；通过X射线衍射谱图分析可知，纯化后的坡缕石在2θ为8.38°处出现了属于坡缕石基础框架结构间距的特征衍射峰，相对强度大，说明纯化后的坡缕石的晶型完整；在2θ为26.660°处属于石英的特征衍射峰，纯度越高该衍射峰的强度越小；通过扫描电子显微镜分析可知，与天然坡缕石相比，纯度化后的坡缕石中杂质含量明显减少，坡缕石的晶束细而长且呈松散交错的聚集状态，结构中形成了大量架空的孔洞，坡缕石的有效比表面积和分散性明显提高；通过N2吸附-脱附方法分析可知，纯化后坡缕石的比表面积、微孔面积、总孔隙体积均较天然的坡缕石要大，单位吸附量将明显增大。综上，步骤一可有效去除共生杂质，显著改善坡缕石的性质，提升坡缕石产品档次，增加产品附加值，解决了共生杂质影响坡缕石性能从而限制其应用的难题；二、本发明步骤二制备的壳聚糖负载坡缕石吸附絮凝剂，利用扫描电子显微镜分析可知，纯化坡缕石表面锐利棱角已被钝化，纯化坡缕石间有壳聚糖粘结在一起，且壳聚糖部分包裹在纯化坡缕石表面，呈不规则片状结构，故所得的改性坡缕石吸附絮凝剂既具有壳聚糖的特性，又具有纯化坡缕石的特性。通过傅立叶红外光谱分析本发明制备的改性坡缕石吸附絮凝剂，在3427cm-1、1571cm-1和1421cm-1处产生了明显的壳聚糖的特征峰，这表明本发明制备的改性坡缕石吸附絮凝剂上存在壳聚糖，而在其他波数范围内并没有产生新的吸收峰，原有的红外吸收峰也没有发生位移，这表明壳聚糖仅以物理吸附的形式存在于坡缕石的表面，这是由于坡缕石的四面体及八面体存在广泛的同晶置换，四面体中的Si4+常被Al3+取代，八面体中的Mg2+、Fe3+被Al3+取代，使层间产生弱的负电荷，从而具有吸附某些阳离子的能力；壳聚糖分子中含有比较多的氨基，当其溶解于酸性溶液中时，即带有正电荷，坡缕石与壳聚糖依靠正负电荷的吸引结合在一起，由于带正电荷的壳聚糖分子链很大，它并未插入粘土层间，只是形成坡缕石-壳聚糖复合物；负载壳聚糖的坡缕石吸附腐殖酸时，壳聚糖中的–NH3+与腐殖酸中的–RCOO-和–RO-可能发生化学反应形成聚合物，所以本发明制备的改性坡缕石吸附絮凝剂单位吸附量较天然坡缕石、纯化坡缕石、壳聚糖高，分别为120.78mg/g、9mg/g、54.49mg/g、28.88mg/g；三、本发明制备的壳聚糖负载坡缕石吸附絮凝剂吸附腐殖酸的吸附焓变ΔH均为负值，说明总的放热效应主要来自溶质的脱附热，并且大于溶剂水的解吸等带来的吸热效应，因此整个吸附过程是放热的，降低温度有利于吸附，克服了低温高色水源饮用水的局限性；四、本发明制备的壳聚糖负载坡缕石吸附絮凝剂集吸附脱色、络合絮凝、快速沉降于一体，处理效果优于其他净水药剂；五、本发明生产流程短，工艺步骤少，操作简单，设备为化工基本设备，制备成本低；六、本发明制备的改性坡缕石吸附絮凝剂在水处理应用中可作为吸附剂、助凝剂、合成有机絮凝剂的有效替代品，可应用于给水、生活污水、工业废水处理，对多种污染物均有良好的去除效果，并减少增大投加量时带来的设备腐蚀及其他一些不利问题。
附图说明
图1是天然坡缕石放大10000倍的SEM图；图2是试验三步骤一制备的粒径为200目以下的纯化后坡缕石放大10000倍的SEM图；图3是X射线衍射图谱，图中a表示天然坡缕石的XRD图谱，图中b表示试验一得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石的XRD图谱，图中c表示试验三得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石的XRD图谱，图中d表示试验二得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石的XRD图谱；图4是试验三得到的改性坡缕石吸附絮凝剂放大10000倍的SEM图；图5是FT-IR谱图，图中a表示试验三得到的改性坡缕石吸附絮凝剂的FT-IR谱图，图中b表示试验三得到的改性坡缕石吸附絮凝剂吸附腐殖酸后的FT-IR谱图的；图6是lnKb～1/T点图，图6中●试验三得到的改性坡缕石絮凝吸附剂吸附腐殖酸的的lnKb～1/T图，图6中★天然坡缕石吸附腐殖酸的的lnKb～1/T图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种改性坡缕石絮凝吸附剂的制备方法，具体是按以下步骤完成：
一、提纯：首先天然坡缕石与去离子水按质量比1:(18～99)将天然坡缕石投加到去离子水中，然后在搅拌速度为1000r/min～10000r/min下搅拌分散10min～30min，得到粘土浆，再将粘土浆置于离心机中，并在离心转速为4000r/min～12000r/min下离心分离10min～20min，经分离得到灰白色粘土膏，并在温度为80℃～120℃下烘干至恒重，再粉碎过200目筛后，即得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石；二、负载：首先将脱乙酰度为85%～95%的壳聚糖溶于体积分数为2%的冰乙酸中，并在温度为20℃～100℃、搅拌转速为200r/min～400r/min下搅拌至完全溶解，然后以投加速度为10g/min～50g/min加入粒径为200目以下的纯化后坡缕石，并在温度为20℃～100℃、搅拌转速为200r/min～400r/min下持续搅拌2h～4h，得到悬浮液，采用浓度为0.5mol/L～1.5mol/L的NaOH将悬浮液调至中性，然后在离心转速为4000r/min～12000r/min下离心分离10min～20min，并将离心分离得到的固体采用去离子水洗涤4～6次，然后将洗涤后的固体在温度为60℃～110℃烘干12h～24h，再粉碎过200目筛后，即得到改性坡缕石絮凝吸附剂。
本实施方式步骤二中所述的脱乙酰度为85%～95%的壳聚糖质量与体积分数为2%的冰乙酸体积的比例为1g:(30mL～120mL)；本实施方式步骤二中所述加入粒径为200目以下的纯化后坡缕石与脱乙酰度为85%～95%的壳聚糖的质量比为(5～20):1。
本实施方式生产流程短，工艺步骤少，操作简单，设备为化工基本设备，制备成本低；
本实施方式制备的改性坡缕石絮凝吸附剂在水处理应用中可作为吸附剂、助凝剂、合成有机絮凝剂的有效替代品，可应用于给水、生活污水、工业废水处理，对多种污染物均有良好的去除效果，并减少增大投加量时带来的设备腐蚀及其他一些不利问题。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中首先天然坡缕石与去离子水按质量比1:(19～60)将天然坡缕石投加到去离子水中，然后在搅拌速度为4000r/min～8000r/min下搅拌分散15min～25min，得到粘土浆，再将粘土浆置于离心机中，并在离心转速为6000r/min～10000r/min下离心分离12min～18min，经分离得到灰白色粘土膏，并在温度为90℃～110℃下烘干至恒重，再粉碎过200目筛后，即得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石。其他与具体是实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤二中首先将脱乙酰度为88%～92%的壳聚糖溶于体积分数为2%的冰乙酸中，并在温度为40℃～80℃、搅拌转速为250r/min～350r/min下搅拌至完全溶解，然后以投加速度为20g/min～40g/min加入粒径为200目以下的纯化后坡缕石，并在温度为20℃～100℃、搅拌转速为250r/min～350r/min下持续搅拌2.5h～3.5h，得到悬浮液，采用浓度为0.8mol/L～1.2mol/L的NaOH将悬浮液调至中性，然后在离心转速为6000r/min～10000r/min下离心分离12min～18min，并将离心分离得到的固体采用去离子水洗涤5～6次，然后将洗涤后的固体在温度为80℃～90℃烘干16h～20h，再粉碎过200目筛后，即得到改性坡缕石絮凝吸附剂。其他与具体是实施方式一或二相同。
采用下述试验验证本发明效果：
试验一：一种改性坡缕石絮凝吸附剂的制备方法，具体是按以下步骤完成：
一、提纯：首先天然坡缕石与去离子水按质量比5:95将天然坡缕石投加到去离子水中，然后在搅拌速度为10000r/min下搅拌分散10min，得到粘土浆，然后粘土浆自由沉降72h，经分离得到灰白色粘土膏，并在温度为100℃下烘干至恒重，再粉碎过200目筛后，即得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石；二、负载：首先将2.5g脱乙酰度为95%的壳聚糖溶于150mL体积分数为2%的冰乙酸中，并在温度为60℃、搅拌转速为400r/min下搅拌4h，然后以投加速度为10g/min加入25g粒径为200目以下的纯化后坡缕石，并在温度为60℃、搅拌转速为400r/min下持续搅拌4h，得到悬浮液，采用浓度为1.0mol/L的NaOH将悬浮液调至中性，然后在离心转速为12000r/min下离心分离10minmin，并将离心分离得到的固体采用去离子水洗涤6次，然后将洗涤后的固体在温度为80℃烘干18h，再粉碎过200目筛后，即得到改性坡缕石絮凝吸附剂。
采用日本理学株式会社生产的D/max-rB12KW型旋转阳极X射线衍射仪测定本试验步骤一得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石的纯度为72%。
试验二：一种改性坡缕石絮凝吸附剂的制备方法，具体是按以下步骤完成：
一、提纯：首先天然坡缕石与去离子水按质量比1:99将天然坡缕石投加到去离子水中，然后在搅拌速度为10000r/min下搅拌分散15min，得到粘土浆，再将粘土浆置于离心机中，并在离心转速为12000r/min下离心分离10min，经分离得到灰白色粘土膏，并在温度为100℃下烘干至恒重，再粉碎过200目筛后，即得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石；二、负载：首先将2.5g脱乙酰度为95%的壳聚糖溶于150mL体积分数为2%的冰乙酸中，并在温度为60℃、搅拌转速为400r/min下搅拌4h，然后以投加速度为10g/min加入25g粒径为200目以下的纯化后坡缕石，并在温度为60℃、搅拌转速为400r/min下持续搅拌4h，得到悬浮液，采用浓度为1.0mol/L的NaOH将悬浮液调至中性，然后在离心转速为12000r/min下离心分离10minmin，并将离心分离得到的固体采用去离子水洗涤6次，然后将洗涤后的固体在温度为80℃烘干18h，再粉碎过200目筛后，即得到改性坡缕石絮凝吸附剂。
采用日本理学株式会社生产的D/max-rB12KW型旋转阳极X射线衍射仪测定本试验步骤一得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石的纯度为97%。
试验三：一种改性坡缕石絮凝吸附剂的制备方法，具体是按以下步骤完成：
一、提纯：首先天然坡缕石与去离子水按质量比5:95将天然坡缕石投加到去离子水中，然后在搅拌速度为10000r/min下搅拌分散15min，得到粘土浆，再将粘土浆置于离心机中，并在离心转速为12000r/min下离心分离10min，经分离得到灰白色粘土膏，并在温度为100℃下烘干至恒重，再粉碎过200目筛后，即得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石；二、负载：首先将2.5g脱乙酰度为95%的壳聚糖溶于150mL体积分数为2%的冰乙酸中，并在温度为60℃、搅拌转速为400r/min下搅拌4h，然后以投加速度为10g/min加入25g粒径为200目以下的纯化后坡缕石，并在温度为60℃、搅拌转速为400r/min下持续搅拌4h，得到悬浮液，采用浓度为1.0mol/L的NaOH将悬浮液调至中性，然后在离心转速为12000r/min下离心分离10minmin，并将离心分离得到的固体采用去离子水洗涤6次，然后将洗涤后的固体在温度为80℃烘干18h，再粉碎过200目筛后，即得到改性坡缕石絮凝吸附剂。
采用日本理学株式会社生产的D/max-rB12KW型旋转阳极X射线衍射仪测定本试验步骤一得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石的纯度为88%。
通过扫描电子显微镜分析天然坡缕石和试验三步骤一得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石，如图1和图2所示，图1是天然坡缕石的SEM图，图2是本试验步骤一得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石的SEM图，通过对比可知与天然坡缕石相比，本试验步骤一得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石中杂质含量明显减少，坡缕石的晶束细而长且呈松散交错的聚集状态，结构中形成了大量架空的孔洞，坡缕石的有效比表面积和分散性明显提高。
通过扫描电子显微镜分析试验三得到的改性坡缕石吸附絮凝剂，如图3所示，图3是试验三得到的改性坡缕石吸附絮凝剂的SEM图，与图2对比可知，纯化坡缕石表面锐利棱角已被钝化，纯化坡缕石间有壳聚糖粘结在一起，且壳聚糖部分包裹在纯化坡缕石表面，呈不规则片状结构，故所得的改性坡缕石吸附絮凝剂既具有壳聚糖的特性，又具有纯化坡缕石的特性。
采用X射线衍射仪器检测天然坡缕石、试验一步骤一得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石、试验二步骤一得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石或试验三步骤一得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石，检测如图4所示，图4中a表示天然坡缕石的XRD图谱，图4中b表示试验一得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石的XRD图谱，图4中c表示试验三得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石的XRD图谱，图4中d表示试验二得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石的XRD图谱，通过对比可知，随着坡缕石的纯度提高，2θ为8.38°处出现了属于坡缕石基础框架结构间距的特征衍射峰相对强度越大。
采用N2吸附-脱附方法分析天然坡缕石、试验一步骤一得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石、试验二步骤一得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石、试验三步骤一得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石和试验三得到的改性坡缕石絮凝吸附剂，检测结果如表1所示，通过表1可知纯化后坡缕石的比表面积、微孔面积和总孔隙体积均较天然的坡缕石要大，单位吸附量将明显增大，且通过表1可知纯度为97%的坡缕石的比表面积、微孔面积和总孔隙体积比纯度为88%的坡缕石的比表面积、微孔面积和总孔隙体积低，证明当坡缕石的纯度大于88%后，随后纯度升高，比表面积、微孔面积和总孔隙体积逐渐降低。
表1
采用批量法测定天然坡缕石或试验三得到的改性坡缕石絮凝吸附剂对腐殖酸的吸附特性，称取5mg/L腐殖酸溶液100mL，用0.1mol/LHCl与0.1mol/LNaOH调节溶液pH值为7，分别置于250mL烧杯中，加入0.01g的天然坡缕石或0.01g的试验三得到的改性坡缕石絮凝吸附剂，在温度为5℃、搅拌速度为200r/min搅拌180min后取样，于4000r/min转速下离心10min，取上清液过0.45μm微孔滤膜，用λmax=350测定水样的吸光度值，计算腐殖酸的去除率，即色度的去除率，通过计算可知天然坡缕石色度的去除率为14%，试验三得到的改性坡缕石絮凝吸附剂的去除率为96%，通过对比可知本试验得到的改性坡缕石絮凝吸附剂对腐殖酸的吸附效果明显高于天然坡缕石对腐殖酸的吸附效果；
通过傅立叶红外光谱分析试验三得到的改性坡缕石絮凝吸附剂的FT-IR谱图和试验三得到的改性坡缕石絮凝吸附剂吸附腐殖酸后的FT-IR谱图，检测结果如图5所示，图5中a表示试验三得到的改性坡缕石絮凝吸附剂的FT-IR谱图，图5中b表示试验三得到的改性坡缕石絮凝吸附剂吸附腐殖酸后的FT-IR谱图，通过图5中a表示试验三得到的改性坡缕石絮凝吸附剂的FT-IR谱图可知试验三得到的改性坡缕石絮凝吸附剂在3427cm-1、1571cm-1和1421cm-1处产生了明显的壳聚糖的特征峰，这表明本发明制备的改性坡缕石吸附絮凝剂上存在壳聚糖，而在其他波数范围内并没有产生除坡缕石以外的新的吸收峰，坡缕石原有的红外吸收峰也没有发生位移，这表明壳聚糖仅以物理吸附的形式存在于坡缕石的表面，这是由于坡缕石的四面体及八面体存在广泛的同晶置换，四面体中的Si4+常被Al3+取代，八面体中的Mg2+、Fe3+被Al3+取代，使层间产生弱的负电荷，从而具有吸附某些阳离子的能力；通过图5中a表示试验三得到的改性坡缕石絮凝吸附剂的FT-IR谱图与图5中b表示试验三得到的改性坡缕石絮凝吸附剂吸附腐殖酸后的FT-IR谱图对比可知，试验三得到的改性坡缕石絮凝吸附剂吸附腐殖酸后，在3427cm-1、1571cm-1和1421cm-1的壳聚糖的特征峰减弱，证明壳聚糖中的–NH3+与腐殖酸中的–RCOO-和–RO-可能发生化学反应形成聚合物；通过吸附量计算可知，试验三得到的改性坡缕石絮凝吸附剂单位吸附量为120.78mg/g，天然坡缕石单位吸附量为9mg/g。
采用Van’tHoff方程，通过各种热力学函数间的关系寻求吸附体系性质的规律，反映试验三得到的改性坡缕石吸附絮凝剂在腐殖酸溶液中的吸、放热情况：lnKd=△S/R-△H/RT，
△G=△H-T△S，式中，Kd为平衡吸附常数；△S为熵变，单位：kJ/mol；△H为焓变，单位：kJ/mol；△G为自由能变，单位：kJ/mol；T为温度，单位：℃；R为气体常数；V为溶液体积，L；C0、Ce分别为吸附开始时、达到平衡时水中溶质的浓度，单位：mg/L；qe为平衡吸附量，单位：mg/g；M为吸附剂用量，单位：g。
分别向100mL碘量瓶中加入5mg/L、10mg/L、20mg/L、40mg/L、80mg/L、100mg/L、120mg/L、160mg/L、200mg/L、400mg/L、600mg/L、800mg/L、1000mg/L（pH=7）的腐殖酸溶液100mL，加入0.1g试验三得到的改性坡缕石吸附絮凝剂或1.5g坡缕石（均为最佳投加量），分别在5℃（278K）、15℃（288K）、25℃（298K）、35℃（308K）的水浴恒温振荡器内振荡180min后取样，计算qe，Kd，△S，△H，△G。
以1/T为横坐标，lnKd为纵坐标作图，得温度对吸附热力学的影响结果如图6所示，图6中●试验三得到的改性坡缕石絮凝吸附剂吸附腐殖酸的的lnKb～1/T图，图6中★天然坡缕石吸附腐殖酸的的lnKb～1/T图，由直线的斜率和截距根据公式lnKd=△S/R-△H/RT可计算吸附的相关热力学参数△H、△S分别为-15.576kJ/mol、-0.014kJ/mol，对应278K、288K、298K、308K时的△G分别为-11.596、-11.453、-11.31、-11.167kJ/mol。由计算结果可知，对于改性坡缕石絮凝吸附剂吸附HA的吸附焓变ΔH均为负值，说明总的放热效应主要来自溶质的脱附热，并且大于溶剂水的解吸等带来的吸热效应，因此整个吸附过程是放热的，降低温度有利于吸附。ΔG均为负值，说明腐殖酸倾向于从溶液中吸附到吸附剂表面，即改性坡缕石絮凝吸附剂对腐殖酸的吸附是自发进行的。在相同实验条件下，采用相同计算方法，对于天然坡缕石，计算△H、△S分别为7.6181kJ/mol、0.0287kJ/mol，对应278K、288K、298K、308K时的△G分别为-0.0004、-0.0006、-0.0009、-0.0012kJ/mol，ΔH大于0，则表明天然坡缕石对腐殖酸的吸附过程是吸热反应，ΔG均为负值，则吸附是自发的。通过比较，试验三得到的改性坡缕石吸附絮凝剂较天然坡缕石适于低温高色水处理。
采用烧杯静态试验法测定试验三得到的改性坡缕石絮凝吸附剂强化混凝的效果，将1L温度3～5℃、浊度5～10NTU，色度50～70度的低温高色水源置于烧杯中，于200r/min快速搅拌下加入9mg/L聚合氯化铝与4mg/L改性坡缕石吸附絮凝剂，200r/min快速搅拌1min，80r/min中速搅拌5min，50r/min中速搅拌5min，20r/min慢速搅拌10min，静沉30min，在液面下2～3cm处取清液测定相关的水质指标，与单独投加聚合氯化铝相比，浊度去除率提高10%，色度去除率提高20%，残余铝由0.48降至0.04，不仅符合我国生活饮用水水质卫生规范新标准（<0.2mg/L，2006），也低于欧美国家的饮用水标准（<0.05mg/L）；通过上述证明试验三得到的改性坡缕石絮凝吸附剂具有强化混凝效果。
Claims (1)
1.一种改性坡缕石絮凝吸附剂的应用，其特征在于改性坡缕石絮凝吸附剂用于吸附腐殖酸使用；
所述的改性坡缕石絮凝吸附剂是按以下步骤制备的：
一、提纯：首先天然坡缕石与去离子水按质量比5:95将天然坡缕石投加到去离子水中，然后在搅拌速度为10000r/min下搅拌分散15min，得到粘土浆，再将粘土浆置于离心机中，并在离心转速为12000r/min下离心分离10min，经分离得到灰白色粘土膏，并在温度为100℃下烘干至恒重，再粉碎过200目筛后，即得到粒径为200目以下的纯化后坡缕石；二、负载：首先将2.5g脱乙酰度为95%的壳聚糖溶于150mL体积分数为2%的冰乙酸中，并在温度为60℃、搅拌转速为400r/min下搅拌4h，然后以投加速度为10g/min加入25g粒径为200目以下的纯化后坡缕石，并在温度为60℃、搅拌转速为400r/min下持续搅拌4h，得到悬浮液，采用浓度为1.0mol/L的NaOH将悬浮液调至中性，然后在离心转速为12000r/min下离心分离10min，并将离心分离得到的固体采用去离子水洗涤6次，然后将洗涤后的固体在温度为80℃烘干18h，再粉碎过200目筛后，即得到改性坡缕石絮凝吸附剂。
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