中国地质学会岩矿测试技术专业委员会、国家地质实验测试中心主办

巯基改性蒙脱石对Cd(Ⅱ)的吸附机理研究

朱霞萍, 刘慧, 谭俊, 刘文华, 冯超. 巯基改性蒙脱石对Cd(Ⅱ)的吸附机理研究[J]. 岩矿测试, 2013, 32(4): 613-620.
引用本文: 朱霞萍, 刘慧, 谭俊, 刘文华, 冯超. 巯基改性蒙脱石对Cd(Ⅱ)的吸附机理研究[J]. 岩矿测试, 2013, 32(4): 613-620.
Xia-ping ZHU, Hui LIU, Jun TAN, Wen-hua LIU, Chao FENG. Mechanism Study of Cadmium(Ⅱ) Adsorption on Thiol-Modified Montmorillonite[J]. Rock and Mineral Analysis, 2013, 32(4): 613-620.
Citation: Xia-ping ZHU, Hui LIU, Jun TAN, Wen-hua LIU, Chao FENG. Mechanism Study of Cadmium(Ⅱ) Adsorption on Thiol-Modified Montmorillonite[J]. Rock and Mineral Analysis, 2013, 32(4): 613-620.

巯基改性蒙脱石对Cd(Ⅱ)的吸附机理研究

  • 基金项目:
    国土资源部公益性行业科研专项项目(201111016-2);广东省财政厅地质专项(2011208);横向委托项目(HP0030)
详细信息
    作者简介: 朱霞萍,教授,研究方向为环境分析、岩矿分析、功能材料研究与应用。E-mail:zhuxiaping@cdut.edu.cn
  • 中图分类号: TU52;O614.242

Mechanism Study of Cadmium(Ⅱ) Adsorption on Thiol-Modified Montmorillonite

  • 蒙脱石对镉有良好的吸附性,但吸附力较弱,巯基改性蒙脱石可增强对镉的吸附,而关于蒙脱石的巯基改性及改性后对镉的吸附机理研究少见报道。本文以(3-巯丙基)三甲氧基硅烷作为改性剂,采用简单的溶液法对蒙脱石原土(简称MMT)进行巯基改性,并探讨了改性蒙脱石(简称MMT-SH)对镉的吸附机理。红外和X射线衍射表征显示MMT被成功接上巯基。吸附条件实验表明,MMT-SH对Cd(Ⅱ)的吸附效果显著优于原土,对Cd(Ⅱ)的饱和吸附容量是原土的39倍;吸附容量受pH值影响大,受离子强度的影响较大;MMT-SH对Cd(Ⅱ)的吸附作用除了静电吸附、离子交换吸附、羟基配位吸附,还主要存在巯基配位吸附。热力学及动力学实验表明,MMT-SH吸附Cd(Ⅱ)的反应符合Langmiur等温模型和Lagergren二级动力学方程,是易于发生的化学反应;吸附过程的热力学参数(ΔH、ΔG、ΔS)表明此吸附是一个自发的吸热过程。
  • 加载中
  • 图 1  MMT(a)、MMT-SH(b)、吸附Cd(Ⅱ)后的MMT-SH(c)红外谱图

    Figure 1. 

    图 2  MMT(a)和MMT-SH(b)的X射线衍射图谱

    Figure 2. 

    图 3  方石英XRD图谱

    Figure 3. 

    图 4  pH值对镉吸附的影响

    Figure 4. 

    图 5  固液比对镉吸附的影响

    Figure 5. 

    图 6  离子强度对镉吸附的影响

    Figure 6. 

    图 7  不同温度下MMT-SH对镉的饱和吸附容量

    Figure 7. 

    图 8  不同Cd(Ⅱ)浓度时MMT-SH对镉的吸附量与时间的关系

    Figure 8. 

    表 1  MMT-SH对Cd(Ⅱ)的吸附等温方程拟合结果

    Table 1.  Adsorption isotherm equations for cadmium adsorption on MMT-SH

    等温模型 温度/℃ KL Qm/(mg·g-1) 1/n AT E(bT)/(kJ·mol-1) R2
    Langmuir方程
    20 0.025 38.76 - - - 0.9931
    30 0.022 46.51 - - - 0.9910
    40 0.020 49.50 - - - 0.9938
    50 0.025 52.91 - - - 0.9975
    Freundlich方程
    20 5.234 - 0.3192 - - 0.9816
    30 5.237 - 0.3504 - - 0.9882
    40 5.134 - 0.3633 - - 0.9916
    50 3.587 - 0.4616 - - 0.9753
    Tempkin方程
    20 - - - 0.5625 42.71 0.9752
    30 - - - 0.5124 36.63 0.9797
    40 - - - 0.4333 34.74 0.9822
    50 - - - 0.4504 32.51 0.9835
    D-R方程
    20 - 76.86 - - 11.08 0.9790
    30 - 96.62 - - 11.12 0.9885
    40 - 107.5 - - 11.17 0.9796
    50 - 125.3 - - 11.34 0.9889
    注:Ce为平衡浓度,mg/L;qe为平衡吸附量,mg/g;KL为Langmuir吸附常数;Qm为饱和吸附量,mg/g;C0为初始浓度,mg/L;n为Freudlich常数;BT为Temkin自由能活度系数;AT为Tempkin吸附potential,L/mg;bT为Temkin吸附热,kJ/mol;γ为D-R吸附自由能活度系数,mol2/kJ2ε为Polanyi系数;E为吸附自由能,kJ/mol。
    下载: 导出CSV

    表 2  MMT-SH吸附Cd(Ⅱ)的热力学变化

    Table 2.  Adsorption thermodynamics data of Cd on MMT-SH

    T/K ΔH/(kJ·mol-1) ΔG/(kJ·mol-1) ΔS/(J·mol-1·K)
    293 40.19 -13.71 184.2
    303 40.19 -15.07 184.2
    313 40.19 -16.58 184.2
    323 40.19 -17.29 184.2
    下载: 导出CSV

    表 3  MMT-SH对Cd(Ⅱ)的吸附动力学拟合结果

    Table 3.  Kinetics results for cadmium adsorption on MMT-SH at initial concentration

    吸附方程 Cd(Ⅱ)浓度ρ/(mg·L-1) a b k qe/(mg·g-1) 相关系数
    Lagergren一级方程
    10 - - -4×10-5 1.813 0.0067
    50 - - 0.0011 9.182 0.367
    100 - - 0.0016 16.26 0.6687
    Lagergren二级方程t
    10 - - 2.9404 1.750 0.9997
    50 - - 0.1915 8.278 0.9993
    100 - - 0.03764 14.68 0.9995
    Elovich方程
    10 1.7587 0.0006 - - 0.0005
    50 6.4572 0.4314 - - 0.7483
    100 10.355 0.9243 - - 0.9571
    抛物线扩散方程
    10 1.763 -0.0004 - - 0.0016
    50 6.9681 0.1503 - - 0.5444
    100 11.298 0.3473 - - 0.8101
    Freundlich修正式
    10 0.5643 0.0004 - - 0.0007
    50 1.8704 0.0579 - - 0.7469
    100 0.0726 0.0726 - - 0.9446
    注:qe为平衡吸附量,mg/g;qtt时刻的吸附量,mg/g;k1为一级吸附速率常数,min-1t为时间,min;k2为二级吸附速率反应常数,g/(mg·min);a为化学吸附速率常数,τ与表面覆盖率有关的常数;抛物线扩散方程中b用来解释离子的表观速度;Freundlich修正式中b 为速率常数。
    下载: 导出CSV
  • [1]

    梁彦秋,刘婷婷,铁梅,邓斌,孙鹏,藏树良.镉污染土壤中镉的形态分析及植物修复技术研究[J].环境科学与技术,2007,2(3): 57-58. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-FJKS200702020.htm

    [2]

    鞠建英,申东炫.膨润土在工程中的开发与应用[M].北京: 中国建材工业出版社,2003: 1-2.

    [3]

    Balomenou G, Stathi P, Enotiadis A, Gournis D, Deligian-nakis Y. Physicochemical study of amino-functionalized organosilicon cubes intercalated in montmorillonite clay: H-binding and metal uptake [J]. Journal of Colloid and Interface Science,2008,325: 74-83. doi: 10.1016/j.jcis.2008.04.072

    [4]

    原金海,邓利均.改性膨润土的制备及其对Pb2+的吸附性能研究[J].功能材料,2011,42(6): 980-984.

    [5]

    李增新,王彤,黄海兰,张道来,孟韵.壳聚糖改性膨润土修复土壤镉污染的研究[J].土壤通报,2009,40(1): 176-178. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TRTB200901047.htm

    [6]

    朱霞萍.酸雨条件下珠江三角洲土壤中镉砷的迁移规律研究[D].成都: 成都理工大学, 2008.

    [7]

    李虎杰,刘爱平,易发成,白萍.膨润土对Cd2+的吸附作用及影响因素[J].中国矿业,2004(11): 79-81. doi: 10.3969/j.issn.1004-4051.2004.11.024

    [8]

    曾江萍.镉在膨润土中的吸附和解吸行为研究[D].成都: 成都理工大学,2008.

    [9]

    朱霞萍,白德奎,李锡坤,曾江萍,曹三勇.镉在蒙脱石等黏土矿物上的吸附行为研究[J].岩石矿物学杂志,2009,28(6): 643-648.

    [10]

    Huang R H, Wang B, Yang B C, Zheng D S, Zhang Z Q.Equilibrium, kinetic and thermodynamic studies of adsorption of Cd(Ⅱ) from aqueous solution onto HACC-bentonite [J]. Desalination,2011,280: 297-304. doi: 10.1016/j.desal.2011.07.033

    [11]

    周建兵,吴平霄,朱能武,党志.十二烷基磺酸钠(SDS)改性蒙脱石对Cu2+、Cd2+的吸附研究[J].环境科学学报,2010,30(1): 88-96.

    [12]

    王毅,王艺,王恩德.改性蒙脱石吸附Pb2+、Hg2+的实验研究[J].岩石矿物学杂志,2001,20(4): 565-567.

    [13]

    张一平.膨润土的巯基功能化研究[J].浙江教育学院学报,2007(1): 35-37. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-LJYX201205008.htm

    [14]

    Mercier L, Preparation C D. Characterization, and application as heavy metals sorbents of covalently grafted thiol functionalities on the interlamellar surface of montmorillonite [J]. Environmental Science & Technology , 1995, 29: 1318-1323.

    [15]

    Malferrari D, Brigatti M F, Laurora A, Pini S, Medici L. Sorption kinetics and chemical forms of Cd (Ⅱ) sorbed by thiol-functionalized 2∶1 clay minerals [J]. Journal of Hazardous Materials, 2007,143: 73-81. doi: 10.1016/j.jhazmat.2006.08.069

    [16]

    Liang X F,Xu Y M,Sun G H,Wang L,Sun Y,Qin X.Preparation, characterization of thiol-functionalized silica and application for sorption of Pb2+and Cd2+ [J]. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects,2009,349: 61-68.

    [17]

    李虎杰.盐亭膨润土的物化性能及对Pb2+、Cd2+的吸附研究[J].中国矿业,2006,15(5): 76-79.

    [18]

    Ijagbemi C O, Baek M H, Kim D S.Adsorptive perfor-mance of un-calcined sodium exchanged and acid modified montmorillonite for Ni2+removal: Equilibrium, kinetics, thermodynamics and regeneration studies [J]. Journal of Hazardous Materials, 2010,174: 746-755. doi: 10.1016/j.jhazmat.2009.09.115

    [19]

    Eren E.Removal of lead ions by Unye (Turkey) bentonite in iron and magnesium oxide-coated forms [J]. Journal of Hazardous Materials,2009,165: 63-70. doi: 10.1016/j.jhazmat.2008.09.066

    [20]

    Grawal A A, Sahu K K. Kinetic and isotherm studies of cadmium adsorption on manganese nodule residue [J]. Journal of Hazardous Materials,2006,137: 915-924. doi: 10.1016/j.jhazmat.2006.03.039

    [21]

    Yang S T, Zhao D L, Zhang H, Lu S S, Chen L, Yu X J. Impact of environmental conditions on the sorption behavior of Pb(Ⅱ) in Na-bentonite suspensions [J]. Journal of Hazardous Materials,2010,183: 632-640. doi: 10.1016/j.jhazmat.2010.07.072

    [22]

    von Open B, Kordel W, Klein W.Sorption of nonpolar and polar compounds to soils: Processes, measurement and experience with the applicability of the modified OECD-guideline [J]. Chemosphere,1991,22: 285-304. doi: 10.1016/0045-6535(91)90318-8

    [23]

    李朝丽,周立祥.黄棕壤不同粒级组分对镉的吸附动力学与热力学研究[J].环境科学,2008,29(5): 1406-1411. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJKZ200805049.htm

  • 加载中

(8)

(3)

计量
  • 文章访问数:  821
  • PDF下载数:  2
  • 施引文献:  0
出版历程
收稿日期:  2012-11-30
录用日期:  2013-02-01

目录