HDTMA改性沸石对三氯生的吸附行为与机理研究

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三氯生(TCS)是药物和个人护理用品类(pharmaceuticals and personal care products,PPCPs)物质中的一种特征污染物,常用于个人护理品的添加剂,并随着化妆品、洗涤用品等的广泛使用而大量进入环境,成为环境中无所不在的污染物。天然沸石是当今世界各国十分重视的新兴非金属矿产资源,它因优异的吸附性能和离子交换性能而被广泛应用于“三废”治理中。本研究以天然沸石为原料,用十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)溶液对天然沸石改性,制备了HDTMA质量与沸石表面阳离子交换容量(ECEC)百分比分别为50%、100%、150%和200%的HDTMA改性沸石S50、S100、S150和S200。应用元素分析、FTIR、XRD、BET和Zeta电位测试对改性沸石进行了表征,分析了天然沸石和4种有机沸石的结构性质。采用单因素静态吸附实验系统考察了天然沸石和4种有机沸石吸附TCS的主要影响因素,探讨了HDTMA改性沸石吸附TCS的作用机理。在此基础上,进一步考察了TCS在有机沸石上的解吸和改性剂HDTMA在天然沸石上的解吸,论证了该材料用于吸附处理含TCS废水的可行性。本研究为HDTMA改性沸石在治理TCS污染废水中的应用提供了理论依据,得到以下主要结论:1、相比天然沸石,4种有机改性沸石的有机碳含量随着HDTMA用量的增加而增加。元素分析、FTIR、XRD、BET等表征结果表明,HDTMA分子成功负载到沸石表面上,堵塞了沸石的内部孔道,但未对沸石本身的晶体结构造成破坏。同时Zeta电位测定结果表明,有机改性沸石表面的正电性亦随着HDTMA用量的增加而增加。2、天然沸石和4种有机沸石对水中TCS的吸附分别在24h和2h时基本达到平衡,4种有机沸石的去除率均在85%以上。原沸石、S50、S100和S150对TCS的吸附容量均随pH升高而降低,吸附最佳pH为7.0,而S200在强碱性条件下对TCS的吸附容量更大。在pH7,NaCl离子强度0.001~0.5M内,较大离子强度有利于HDTMA改性沸石对TCS的吸附,适当地降低温度有利于HDTMA改性沸石吸附TCS。4种有机沸石的吸附容量随有机碳含量的增加而增加,但吸附的稳定性随着负载量的增加而减弱。综合考虑吸附效能、经济成本和长期稳定性,负载量以100%ECEC为宜。3、HDTMA改性沸石对TCS的吸附行为可以用linear等温方程较好的拟合,其相关系数达到0.98以上,吸附类型更趋于线性吸附,吸附机制以分配作用为主,兼有静电作用以及较弱的表面吸附。热力学研究表明该吸附过程为自发的放热反应,并且TCS与改性沸石之间无化学键、配位基交换等强作用力。HDTMA改性沸石吸附TCS的过程可用拟二级反应动力学模型很好地拟合,相关系数R2达0.999以上。
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