王维清等：热活化温度对坡缕石结构及饱和离子交换吸附量的影响
热活化温度对坡缕石结构及饱和离子交换吸附量的影响
王维清1.2，冯启明1.2，董发勤1，2，黄阳2
（1.固体废物处理与资源化教育部重点实验室，四川绵阳621010；
2.西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳621010）
摘要：采用X射线衍射（XRD)、Fourier红外吸收光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM)分析了热活化坡缕石晶体结构及显微形貌，并采用zeta(g）电位分析仪、比表面积分析仪及原子吸收光谱仪（AAS)测定了热活化坡缕石的zeta电位、比表面积及饱和Cu2+交换吸附量。结果表明热活化温度对坡缕石zeta电位无显著影响。当热活化温度低于250℃时，坡缕石脱出吸附水及部分配位水，比表面积显著增大，但晶体结构无明显变化；热活化温度为350～650℃时，坡缕石将脱出配位水和结构水，并发生“折叠作用”，使得坡缕石表面活性中心增加，至750℃时晶体结构完全破坏，而比表面积则随热活化温度的升高依次降低。城矮石饱和 Cu2+交换吸附量仅与热活化温度密切相关，当热活化温度为450℃时，坡缕石饱和Cu2+交换吸附量最大。关键词：热活化温度；坡缕石；晶体结构；吸附量
中图分类号：TQ424.24
文章编号：1001-9731(2012)22-3075-04 1引言
文献标识码：A
坡缕石作为一种具链层状结构含水富镁铝硅酸盐矿物，晶体结构属于2：1(TOT)型，其内部情性氧相对的位置上有截面积为0.37nm×0.64nm的宽大孔道/通道1,2)。坡缕石晶体结构的特殊性使其具有巨大的比表面积、良好的吸附性能及阳离子交换性能。因此，坡缕石可作为一种功能性矿物材料，广泛用于处理废水中的重金属离子[3.4]和有机污染物[5.6]。已有研究表明，酸处理可引起坡缕石中Mg、Fe、Al的溶出，使得其比表面积及表面Si一OH数量增加，从而使其吸附性能提高汀；而坡缕石中赋存的吸附水H,O（表面吸附水、孔道吸附水）、八面体中配位水OH，和结构水 OH对其晶体结构、比表面积及交换吸附性能影响显著。如经一定条件热活化后，其结构中的吸附水 H,O、八面体中部分配位水OH和结构水OH可适度脱出，并造成晶格内部及孔道中出现断键，从而可显著提高其吸附性能*10]。目前酸处理对坡缕石晶体结构及吸附性能的影响已有较系统的研究11,12)。热活化对坡缕石物相、结构、表面性质、热稳定性以及脱色性能的影响也有相关报道[13-15]。但对于热活化坡缕石离子交换吸附性能的主要影响因素研究较少。因此，本文拟在分析热活化温度对坡缕石结构、比表面积、zeta 电位的影响基础上，探讨热活化温度对坡缕石饱和离
子交换吸附量的影响机理。 2实验
2.1试剂及原料
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硫酸铜(CuSO。·5H,O)，分析纯，天津晶鑫化学试剂厂。实验用水为去离子水。坡缕石原矿采自安徽明光，经分析，原矿中坡缕石矿物含量约85%，其主要化学成分如表1所示。
表1坡缕石原矿主要化学成分
Table 1 The main chemical composition of palygors
kite ore
化学成分SiOAlO,FeOMgOCaOTiOKONa O 含量(%69.739.225.1113.750.190,570.960.38 2.2坡缕石热活化及表征
将坡缕石原矿（样品编号P0）磨细至粒度<74μm 后，称取一定量坡缕石7份，置于高温炉（升温速度为 10℃/min）中，分别于150、250、350、450、550、650、 750℃下恒温热活化3h后，取出冷却后得到热活化坡缕石，样品编号依次为P1、P2、P3、P4、P5、P6和P7
物相采用荷兰帕纳科X'PertPRO型X射线衍射（X-raydiffraction，XRD）仪测定，CuKα靶，管电压 40kV，管电流40mA，扫描范围为3～70°。结构采用美国Nicolet570O型Fourier红外吸收光谱仪（Fourier transform infrared spectroscopy，FT-IR）分析。微区形貌采用LeicaCambridge公司S440型扫描电子显微镜（scanningelectronmicroscopy，SEM）观察。zeta(g)电位采用英国马尔文公司NanoZS90型纳米粒度及zeta电位测定仪测定。比表面积采用美国康塔公司
Autosorb-1MP型比表面积测定仪测定。 2.3饱和离子交换吸附量测定
以坡缕石原矿或热活化坡缕石对Cu*+的饱和离子交换吸附量表征其饱和离子交换吸附量。具体为称取坡缕石原矿及热活化坡缕石各1.00g，加人到 100mL浓度为0.005mol/L的CuSO。溶液中，室温下于振荡器上振荡，定时取出上层清液，采用美国PE公司AA7oo型原子吸收光谱仪（atomicabsorptionspec-trometer，AAS)测定清液中Cu2+浓度。根据Cu2+浓度恒定时的测试结果得出各样品的饱和Cu2+交换吸附量。
基金项目：国家自然科学基金资助项目（50804039）收到初稿日期：2012-05-10
收到修改稿日期：2012-08-17
通讯作者：王维清
作者简介：王维清（1979一），男，潮南娄底人，副教投，硕士生导师，从事功能矿物材料研究。