1 引言

　　長(zhǎng)期以來(lái),水體重金屬污染一直備受人們關(guān)注.由于歷史遺留、生產(chǎn)技術(shù)、經(jīng)營(yíng)規(guī)模等方面的原因,有色金屬采選、冶煉等行業(yè)產(chǎn)生的含重金屬離子廢水長(zhǎng)期得不到有效治理,致使水體重金屬污染日趨嚴(yán)重.由于具有毒性大、留存久、不可生物降解、易生物富集等特點(diǎn),極低濃度的重金屬污染都有可能對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體造成嚴(yán)重的危害.因此,含重金屬離子廢水必須要進(jìn)行嚴(yán)格處理.

　　常用的含重金屬離子廢水 處理方法有化學(xué)沉淀、離子交換、電絮凝、膜分離等傳統(tǒng)物化法,以及植物吸收、微生物吸附等生物修復(fù)法.傳統(tǒng)物化法普遍存在成本高、能耗大、易產(chǎn)生二次污染等缺點(diǎn),實(shí)際應(yīng)用時(shí)局限性越來(lái)越明顯;而生物修復(fù)法基本上處于起步階段,技術(shù)不夠成熟,受自然條件制約明顯,一時(shí)也難以全面推廣.相對(duì)于傳統(tǒng)物化法和生物修復(fù)法,吸附法具有成本適中、能耗較低、技術(shù)成熟、受自然條件制約小、不易產(chǎn)生二次污染等優(yōu)勢(shì),在含重金屬離子廢水處理中得到較為廣泛的應(yīng)用.

　　應(yīng)用吸附法的關(guān)鍵在于吸附材料的選擇與制備.在眾多吸附劑中,硅藻土作為一種生物成因硅質(zhì)巖,因具備比表面積大、微孔與表面活性基團(tuán)多、表面呈負(fù)電性等獨(dú)特理化性質(zhì)而擁有一定的吸附能力,被廣泛用于吸附水體重金屬和色素.但由于天然硅藻土含有雜質(zhì)且理化構(gòu)造存在缺陷,限制了吸附能力的發(fā)揮,需要通過(guò)改性以改善孔隙結(jié)構(gòu),充分提高吸附能力.目前,國(guó)內(nèi)外主要采用單一常規(guī)方法改性硅藻土,不能顯著提高硅藻土吸附能力.因此,進(jìn)行硅藻土復(fù)合改性研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義.

　　研究表明,柱撐技術(shù)能夠有效改善蛭石、蒙脫石、膨潤(rùn)土等粘土礦物及硅藻土的層間或孔道結(jié)構(gòu),進(jìn)而提升其吸附能力,但前提是需要對(duì)改性對(duì)象進(jìn)行必要的純化、均一化處理.為此,本研究以柱撐技術(shù)為核心,輔以酸活化、鈉化、焙燒等常規(guī)物化改性技術(shù),形成酸活化-鈉化-柱撐-焙燒組合工藝對(duì)硅藻土進(jìn)行復(fù)合改性,以期大幅度提高其吸附能力,并采用X射線衍射、傅立葉變換紅外光譜、掃描電鏡等分析手段分析硅藻土復(fù)合改性前后結(jié)構(gòu)和性能的變化,初步探討復(fù)合改性機(jī)理,為硅藻土改性及含Cd2+廢水的處理提供科學(xué)依據(jù).

　　2 材料與方法

　　2-1 試驗(yàn)材料

　　硅藻土：購(gòu)自云南騰沖縣助濾劑廠,堆密度0.5 g·cm-3,比表面積22.5 cm2·g-1,主要化學(xué)成分為SiO2,同時(shí)含有少量Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO和有機(jī)質(zhì).使用前過(guò)10目土壤篩去除原礦帶入的雜質(zhì),用去離子水反復(fù)擦洗,去除硅藻土顆粒表面雜質(zhì),而后于105 ℃烘干,冷卻、研磨,過(guò)100目土壤篩,取篩下土密閉、干燥保存?zhèn)溆?

　　含Cd2+儲(chǔ)備液：準(zhǔn)確稱取2.2818 g 3CdSO4·8H2O溶于去離子水中,溶解完全后定容至1000 mL,即得1000 mg·L-1的含Cd2+標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液,保存于潔凈試劑瓶中備用.

　　聚羥基鋁柱化液：在勻速攪拌條件下,將一定體積不同濃度(0、0.2、0.5、1.0、2.0 mol·L-1)的NaOH溶液以1.0 mL·min-1的速度分別滴入AlCl3溶液中,使OH/Al摩爾比分別為1.0、2.0、2.2、2.4、2.6;而后繼續(xù)攪拌120 min,恒溫(60 ℃)陳化24 h,即得所需柱化液.

　　2.2 試驗(yàn)方法

　　2.2.1 復(fù)合改性硅藻土制備

　　復(fù)合改性硅藻土制備工藝包括4個(gè)步驟,依次為酸活化、鈉化、柱撐、焙燒.①酸活化：取一定量體積分?jǐn)?shù)分別為5%、10%、12%、15%、18%的硫酸,按一定液固比加入硅藻土中,混合均勻,恒溫(80 ℃)加熱120 min至微沸,期間加水保持液面平衡,冷卻后離心,去上清液,用去離子水反復(fù)清洗,直至pH值為6.0;然后于105 ℃下烘干,研磨、過(guò)篩,即得酸活化土.②鈉化：取適量酸活化土,按質(zhì)量比1∶9加入適量去離子水,均勻攪拌成懸濁液;稱取適量分析純NaCl固體,加入懸濁液中,使NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2%、4%、6%、8%、10%、20%,攪拌均勻,恒溫振蕩30 min后離心,去上清液,加入去離子水洗滌,直至無(wú)Cl-;然后烘干、研磨、過(guò)篩,即得鈉化土.③柱撐：勻速攪拌條件下,按Al/土摩爾質(zhì)量比為10 mmol·g-1將柱化液緩慢滴入鈉化土懸濁液(固/液質(zhì)量比為2%),滴加完成后繼續(xù)攪拌120 min,恒溫(60 ℃)老化24 h,離心,去上清液,清洗,烘干,研磨、過(guò)篩,即得柱撐硅藻土.④焙燒：取適量柱撐硅藻土于50 mL坩堝中,置入馬弗爐,分別于100、120、150、300、600 ℃下焙燒120 min,冷卻、研磨、過(guò)篩,即得復(fù)合改性硅藻土,密封保存?zhèn)溆?每個(gè)處理設(shè)3個(gè)平行樣,取均值進(jìn)行分析.

　　2.2.2 靜態(tài)吸附試驗(yàn)

　　等溫吸附：取適量天然或改性硅藻土于250 mL的具塞錐形瓶中,分別加入100 mL質(zhì)量濃度分別為10、100、150、200、300、600、1000 mg·L-1的Cd2+標(biāo)準(zhǔn)溶液,調(diào)節(jié)溶液pH值為5.0,分別于30、45、60 ℃振蕩120 min,離心分離,用火焰原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定清液中Cd2+的濃度.每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)平行樣,取均值進(jìn)行分析.

　　吸附動(dòng)力學(xué)：取適量天然或改性硅藻土于250 mL的具塞錐形瓶中,加入100 mL質(zhì)量濃度為200 mg·L-1的Cd2+標(biāo)準(zhǔn)溶液,調(diào)節(jié)溶液pH值為5.0,分別振蕩5、10、15、20、30、40、60、90、120、150、240、360 min,離心分離,用火焰原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定清液中Cd2+的濃度. 每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)平行樣,去均值進(jìn)行分析.

　　2.3 分析項(xiàng)目

　　2.3.1 Cd2+濃度測(cè)定

　　采用AA-7002型原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定Cd2+濃度,測(cè)定時(shí)燃燒頭高度設(shè)置為5 cm,波長(zhǎng)設(shè)定為283.8 nm,狹縫設(shè)定為0.2 nm.

　　2.3.2 硅藻土復(fù)合改性前后表征

　　用XD-Z型自動(dòng)X-射線粉末衍射儀分析硅藻土改性前后物相組成變化;用TRAffinity-1型傅立葉紅外光譜儀分析硅藻土改性前后化學(xué)組成的變化;用JSM-6380LV型掃描電子顯微鏡分析硅藻土改性前后微觀結(jié)構(gòu)變化.

　　2.4 數(shù)據(jù)處理

　　平衡吸附試驗(yàn)中所涉及到的重金屬離子吸附量計(jì)算公式為：

　　(1)

　　式中,C0為起始點(diǎn)液相重金屬離子濃度(mg·L-1);Ce為平衡點(diǎn)液相重金屬離子濃度(mg·L-1);qe為天然硅藻土平衡吸附量(mg·g-1); V為吸附溶液體積(mL);m為硅藻土投加量(g).

　　3 結(jié)果與討論

　　3.1 硅藻土復(fù)合改性工藝及條件

　　采用酸活化-鈉化-柱撐-焙燒組合工藝對(duì)硅藻土進(jìn)行復(fù)合改性,分別考察了不同硫酸體積分?jǐn)?shù)(5%、10%、12%、15%、18%)、不同NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)(2%、4%、6%、8%、10%、20%)、不同OH/Al摩爾比(1.0、2.0、2.2、2.4、2.6)、不同焙燒溫度(100、120、150、300、600 ℃)對(duì)硅藻土平衡吸附量的影響,試驗(yàn)結(jié)果見圖 1.

　　圖 1不同工藝條件對(duì)硅藻土吸附性能的影響(a.H2SO4體積分?jǐn)?shù),b.NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù),c.OH/Al摩爾比,d.焙燒溫度)

　　3.1.1 硫酸體積分?jǐn)?shù)的影響

　　酸處理的目的主要是為了純化硅藻土,去除過(guò)篩、清洗等前處理無(wú)法去除的雜質(zhì).不同硫酸體積分?jǐn)?shù)對(duì)硅藻土吸附能力的影響見圖 1a.由圖可知,當(dāng)硫酸體積分?jǐn)?shù)小于10%時(shí),硅藻土對(duì)Cd2+的吸附量隨硫酸體積分?jǐn)?shù)的增加而增大,當(dāng)硫酸體積分?jǐn)?shù)達(dá)到10%后,硅藻土的吸附量開始迅速下降.適當(dāng)體積分?jǐn)?shù)的硫酸能有效去除表面及孔道內(nèi)的有機(jī)質(zhì)等可溶性雜質(zhì),使硅藻土表面及孔道結(jié)構(gòu)得到改善,比表面積增大,有效吸附點(diǎn)位增多,有利于吸附的發(fā)生.但過(guò)高體積分?jǐn)?shù)的硫酸,一方面會(huì)蝕刻硅藻殼體邊緣,破壞微孔結(jié)構(gòu),降低比表面積;另一方面會(huì)使硅藻土表面發(fā)生嚴(yán)重質(zhì)子化,使有效吸附點(diǎn)位迅速減少,最終使硅藻土吸附能力下降.因此,酸活化工藝的最佳硫酸體積分?jǐn)?shù)選擇為10%.

　　3.1.2 NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

　　鈉化的主要目的是使硅藻土孔道結(jié)構(gòu)均一化,即用Na+交換出硅藻土孔道中原本攜帶的Ca2+、Mg2+、Fe3+等離子半徑不同的金屬陽(yáng)離子,以便后續(xù)柱撐反應(yīng)能形成高度一致的柱狀前體.不同NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)硅藻土吸附能力的影響見圖 1b.從圖中可以看出,鈉化過(guò)程,硅藻土對(duì)Cd2+的吸附量隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加先增大后減小.硅藻土對(duì)Cd2+的吸附量于NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時(shí)達(dá)到最大值,為7.21 mg·g-1,隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的繼續(xù)增加,吸附量逐漸降低,這與楊秀紅等的研究一致.鈉化主要是通過(guò)Na+和氫鍵的鍵合,使原本受氫鍵束縛的羥基得以激活,并釋放出H+,導(dǎo)致硅藻土表面負(fù)電荷增加,吸附能力增強(qiáng),但過(guò)量的Na+會(huì)占據(jù)被激活的吸附點(diǎn)位,與吸附質(zhì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附,導(dǎo)致吸附能力下降.因此,最佳NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%.

　　3.1.3 OH/Al摩爾比的影響

　　柱撐是復(fù)合改性的核心步驟,主要目的是為硅藻土孔道引入聚羥基化合物,形成柱狀體,擴(kuò)大吸附空間,構(gòu)建穩(wěn)定的孔道結(jié)構(gòu).柱化液中OH/Al摩爾比對(duì)硅藻土最終的改性效果有重要影響,不同OH/Al摩爾比對(duì)硅藻土吸附能力的影響見圖 1c.從圖中可以看出,隨著OH/Al摩爾比的增加,硅藻土的吸附量逐漸增大,在OH/Al摩爾比為2.2時(shí)達(dá)到最大值,而后迅速減小.OH/Al摩爾比較低時(shí),隨著OH-的加入,Al3+發(fā)生一系列逐級(jí)水解反應(yīng),并與溶液中的OH-形成多種羥基聚合物,如單體[Al(OH)x(H2O)(6-x)](3-x)+、二聚體[Al2(OH)x(H2O)(10-x)](6-x)+、多聚體Alpoly和[Al13O4(OH)(24+x)(H2O)(12-x)](7-x)+(簡(jiǎn)稱Al13);當(dāng)OH/Al摩爾比為2.2時(shí),形成的羥基聚合物以Al13為主,Al13能夠充分與硅藻土孔道中Na+發(fā)生交換,生成半徑較大的聚合離子,增大硅藻土孔間距,同時(shí)帶入大量羥基,增加硅藻土有效吸附點(diǎn)位和負(fù)電性,有效提高硅藻土吸附能力.隨著OH/Al摩爾比繼續(xù)增加,Al13數(shù)量減少,無(wú)效聚合物增多,最終生成沉淀,導(dǎo)致柱撐失敗.因此,在進(jìn)行復(fù)合改性時(shí),OH/Al摩爾比應(yīng)控制在2.2左右為宜.

　　3.1.4 焙燒溫度的影響

　　焙燒的目的是將Al13轉(zhuǎn)化成牢固穩(wěn)定的柱狀物,充分拓展硅藻土孔道,增加硅藻土孔道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,同時(shí)可以有效防止Al3+釋放造成水體二次污染.焙燒過(guò)程溫度是關(guān)鍵因素,焙燒溫度對(duì)改性效果的影響見圖 1d.由圖可知,當(dāng)焙燒溫度小于150 ℃時(shí),硅藻土對(duì)Cd2+吸附量隨著溫度的升高而不斷上升,于150 ℃時(shí)達(dá)到最大值,而后迅速下降.適宜的焙燒溫度(150 ℃左右)能使聚合物發(fā)生適度的膨脹,去除無(wú)效水,形成穩(wěn)定的柱體結(jié)構(gòu),使柱撐效果更加明顯.溫度過(guò)低(<150 ℃)不能形成穩(wěn)定的柱體結(jié)構(gòu),同時(shí)也不能有效拓展吸附空間.溫度過(guò)高(150~300 ℃)會(huì)使羥基轉(zhuǎn)化成水分子脫除,使聚合物解離,無(wú)法形成柱狀體,當(dāng)溫度接近600 ℃時(shí),焙燒會(huì)對(duì)硅藻殼體產(chǎn)生破壞,導(dǎo)致吸附能力嚴(yán)重下降. 故認(rèn)為最適焙燒溫度為150 ℃.

　　3.2 復(fù)合改性硅藻土吸附性能與行為

　　3.2.1 等溫吸附

　　為了了解硅藻土復(fù)合改性前后對(duì)Cd2+的吸附性能與屬性變化,開展了等溫吸附研究.目前,常用于描述液/固體系吸附行為的等溫吸附模型主要有Langmuir和Freundich,二者的線性表達(dá)形式為見式(2)、(3).

　　(2)

　　(3)

　　式中,Ce、qe意義同前,R是熱力學(xué)常數(shù),取值為8.314 J·mol-1·K-1;T是溶液溫度(℃);KF、kL、n、qm均為吸附常數(shù).

　　對(duì)等溫吸附試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別采用上述2種模型進(jìn)行擬合,結(jié)果見表 1.從表 1中可以看出,Langmuir和Freundich 2種模型對(duì)不同溫度下天然硅藻土吸附Cd2+的數(shù)據(jù)擬合值R2值范圍分別為0.9954~0.9982和0.9161~0.9384,改性硅藻土的R2值范圍分別為0.9944~0.9984和0.9007~0.9544.由此可見,硅藻土復(fù)合改性前后對(duì)Cd2+的吸附行為都更符合 Langmuir模型.研究表明,Freundich模型擬合參數(shù)n值的大小可以判定吸附反應(yīng)的理化屬性,認(rèn)為：n>1,吸附以物理過(guò)程為主;n<1,吸附以化學(xué)過(guò)程為主;n=1,表示吸附呈線性趨勢(shì).從擬合結(jié)果可知,無(wú)論是天然硅藻土還是改性硅藻土,Freundich模型吸附常數(shù)n值均大于1,說(shuō)明改性前后硅藻土對(duì)Cd2+吸附均以物理過(guò)程為主.大量的研究表明,Langmuir模型擬合參數(shù)qm(理論上的吸附密度上限值,也稱吸附容量)可用于描述與衡量吸附劑的吸附能力,盡管與實(shí)測(cè)值之間存在一定的差異.由表 1可知,接近常溫條件下(T=30 ℃時(shí)),天然硅藻土對(duì)Cd2+的吸附容量為5.44 mg·g-1,而經(jīng)復(fù)合改性后的硅藻土吸附容量可達(dá)9.60 mg·g-1,增加了76.5%,多數(shù)單一改性技術(shù)對(duì)硅藻土吸附容量的提升幅度均不超過(guò)60%,說(shuō)明酸活化-鈉化-柱撐-焙燒復(fù)合能有效改善硅藻土孔隙結(jié)構(gòu),顯著提高其吸附能力.

　　表 1 天然和改性硅藻土吸附Cd2+的Langmuir與Freundlich等溫吸附模型參數(shù)

　　3.2.2 吸附動(dòng)力學(xué)

　　采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)和二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)天然和改性硅藻土吸附Cd2+的時(shí)間動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合,結(jié)果見表 2.從表中可以看出,二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的擬合優(yōu)度(R2值)高于一級(jí)動(dòng)力學(xué),說(shuō)明硅藻土改性前后對(duì)Cd2+的吸附均符合二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型.對(duì)吸附數(shù)據(jù)采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)和二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行擬合均可獲得理論上的qe值,但二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合所得qe值更接近實(shí)際值,對(duì)實(shí)際應(yīng)用更具有指導(dǎo)意義.

　　表 2 天然和改性硅藻土對(duì)Cd2+的吸附動(dòng)力學(xué)參數(shù)

　　3.3 硅藻土復(fù)合改性機(jī)理分析

　　3.3.1 掃面電鏡(SEM)分析

　　采用掃描電鏡對(duì)硅藻土復(fù)合改性前后微觀形貌的變化進(jìn)行了分析,結(jié)果見圖 2.圖 2a為硅藻土復(fù)合改性之前的SEM圖,從圖中可以清晰地看出,本研究所用硅藻土的成因硅藻為冠盤藻(Stephanodiscus),硅藻殼體擁有眾多的微孔,但由于表面存在一定的雜質(zhì),導(dǎo)致孔隙結(jié)構(gòu)不明朗,部分孔道被堵塞,阻礙了重金屬離子進(jìn)入微孔發(fā)生吸附反應(yīng),限制了硅藻土吸附性能的發(fā)揮.經(jīng)過(guò)復(fù)合改性之后,硅藻土微觀形貌發(fā)生了明顯的變化,整個(gè)硅藻殼體發(fā)生了膨脹(圖 2b),說(shuō)明羥基鋁聚合物(Al13)通過(guò)離子交換作用成功置入硅藻殼體孔道,使孔道得到了充分有效的拓展. 同時(shí)發(fā)現(xiàn)表面的孔隙結(jié)構(gòu)也變得清晰明朗,說(shuō)明復(fù)合改性有效地清除了存在于硅藻殼體表面的雜質(zhì),改善了表面及孔道結(jié)構(gòu),這意味著部分吸附點(diǎn)位被激活,重金屬離子進(jìn)入硅藻殼體的通道更加順暢,具體表現(xiàn)為吸附能力得到了極大提升,進(jìn)一步證實(shí)了前述試驗(yàn)結(jié)果.

　　圖 2硅藻土改性前(a)、后(b)SEM圖

　　3.3.2 X射線衍射(XRD)分析

　　硅藻土復(fù)合改性過(guò)程的X射線衍射分析見圖 3.從圖中可看出,天然硅藻土(曲線a)中含有少量的蒙脫石(2θ=15°~20.5°)和較多的無(wú)定型SiO2(2θ=25.5°~30.5°),經(jīng)酸活化后(曲線b),蒙脫石衍射峰強(qiáng)度降低,說(shuō)明蒙脫石在硫酸的作用下得到了有效的清除.經(jīng)鈉化后(曲線c),無(wú)定形SiO2衍射峰減弱,說(shuō)明硅藻土表面無(wú)定形SiO2被NaCl清除.此外,鈉化硅藻土001衍射峰強(qiáng)度增大,說(shuō)明硅藻土經(jīng)鈉化后,孔道得以均一化,結(jié)構(gòu)變得有序,結(jié)晶度變好.繼續(xù)采用柱化劑柱撐后(曲線d),硅藻土001衍射峰強(qiáng)度降低,較為彌散,說(shuō)明柱化劑置入硅藻土孔道后,導(dǎo)致孔道結(jié)構(gòu)無(wú)序性增加.經(jīng)柱撐后硅藻土001衍射峰向小角度偏移(圖中曲線d所示),可能是因?yàn)橹�化劑中Al13離子半徑大于天然硅藻土孔道中原本所攜帶的金屬陽(yáng)離子,經(jīng)離子交換作用進(jìn)入孔道后,使硅藻土孔道間距增大.曲線e、f、g分別為不同焙燒溫度時(shí)的XRD圖,從中可以看出,方石英對(duì)應(yīng)的衍射峰不斷增強(qiáng),石英所對(duì)應(yīng)的衍射峰不斷減弱,說(shuō)明焙燒使硅藻土物相由石英向方石英轉(zhuǎn)變.

　　圖 3硅藻土XRD圖(a.天然硅藻土，b.酸活化土，c.鈉化土，d.柱撐土, e. 150 ℃焙燒土，f. 300 ℃焙燒土，g. 600 ℃焙燒土)

　　3.3.3 紅外吸收光譜(IR)分析

　　通過(guò)紅外光譜分析可以了解硅藻土復(fù)合改性前后官能團(tuán)的變化,圖 4為硅藻土復(fù)合改性前后紅外吸收光譜圖.由圖可知,天然硅藻土光譜圖中出現(xiàn)了3個(gè)強(qiáng)吸收譜帶,分別位于457.12、1033.84、3500 cm-1處,分別對(duì)應(yīng)硅氧四面體中O—Si—O反對(duì)稱彎曲振動(dòng)、Si—O—Si伸縮振動(dòng)和羥基吸收帶(包括與水鍵合的表面羥基氫鍵).此外,天然硅藻土譜圖還出現(xiàn)了一些小的吸收譜帶,其中,3840.2 cm -1處為孤立Si—OH峰,1630 cm-1處為水分子的彎曲振動(dòng)帶,777.31 cm-1處為對(duì)稱Si—O—Si伸縮振動(dòng)(SiOH基團(tuán)振動(dòng)),677.01 cm-1處為Si—O鍵.

　　圖 4硅藻土改性前后紅外光譜圖

　　經(jīng)復(fù)合改性后,譜圖中約3500 cm-1處峰寬增加,并在低波數(shù)方向出現(xiàn)新峰,說(shuō)明聚羥基金屬陽(yáng)離子進(jìn)入硅藻土孔道,導(dǎo)致其層間水含量增加.而3618.45 cm-1處和1033.84 cm-1處Si—OH彎曲振動(dòng)峰明顯減弱,說(shuō)明柱化劑與硅藻土中Si—OH存在化合作用.Lin等(2007)研究指出,1033.84 cm-1處吸收峰強(qiáng)度降低是因?yàn)橹�化劑釋放H+進(jìn)入硅氧四面體后,與其中的羥基發(fā)生水合作用.聚羥基鋁柱撐后,1350~1550 cm-1處的譜峰明顯減弱,說(shuō)明Si—O—Si鍵減少,可能是因?yàn)榫哿u基鋁與硅藻土四面體中Si—O—Si發(fā)生作用,這與SEM和XRD分析相一致.此外,1500 cm-1處的有機(jī)峰(C—H)逐漸減弱,說(shuō)明改性后有機(jī)物被去除;3618.45 cm -1處寬峰強(qiáng)度減弱,說(shuō)明硅藻土攜帶的自由水及因柱撐而增多的自由水經(jīng)高溫焙燒去除,使得復(fù)合改性硅藻土孔道結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定.具體參見污水寶商城資料或http://wlmqsb.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　4 結(jié)論

　　1)硅藻土最佳復(fù)合改性(酸活化-鈉化-柱撐-焙燒)工藝條件為：硫酸體積分?jǐn)?shù)10%,NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%,OH/Al摩爾比2.2,焙燒溫度150 ℃.經(jīng)復(fù)合改性后,硅藻土對(duì)Cd2+的吸附容量由原來(lái)的5.44 mg·g-1提升至9.60 mg·g-1,提升了76.5%,吸附性能得到了顯著改善.

　　2)改性前后硅藻土對(duì)Cd2+的吸附屬性沒有發(fā)生改變,均符合Langmuir等溫吸附模型和二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,吸附以物理過(guò)程為主.SEM、XRD和IR分析結(jié)果均表明,經(jīng)復(fù)合改性,硅藻土殼體雜質(zhì)得到清除,聚合羥基鋁離子(Al13)成功引入硅藻土孔道并發(fā)揮柱撐作用,硅藻土殼體孔隙結(jié)構(gòu)得到了充分改善.