凹凸棒土的有機(jī)改性及其應(yīng)用.pdf

1、本論文以凹凸棒石粘土(簡稱“凹凸棒土”)為原料，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)分析，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征，研究制備了兩種具有重要應(yīng)用前景的新型材料——用于吸附的十八烷基三甲基氯化銨改性凹凸棒土、用于脂肪酶固載的硅烷偶聯(lián)劑KH550改性凹凸棒土。
　　 采用FTIR、XRD、TG-DTG-DSC、比表面積與孔徑分布、AFM等分析方法比較凹凸棒土改性前后的結(jié)構(gòu)變化，研究其改性機(jī)理。
　　 納米聚合效應(yīng)和相對較低的離子交換容量使凹凸棒土在十八烷基

2、三甲基氯化銨改性過程中不破壞凹凸棒石的晶體結(jié)構(gòu)，通過表面接枝實(shí)現(xiàn)其改性的目的。通過比較發(fā)現(xiàn)十八烷基三甲基氯化銨較其它的季銨鹽陽離子表面活性劑在凹凸棒土上的接枝率高。借助超聲波手段，可大大提高其改性效率，十八烷基三甲基氯化銨的接枝率44.66%。十八烷基三甲基氯化銨改性凹凸棒土的比表面積由酸處理凹凸棒土的152.85m2/g下降為63.96m2/g，孔徑則分布未發(fā)生明顯變化。
　　 凹凸棒石含有豐富的吸附水、結(jié)合水、結(jié)構(gòu)水和結(jié)構(gòu)羥

3、基，有利于硅烷偶聯(lián)劑KH550發(fā)生水解反應(yīng)，形成大量硅羥基結(jié)構(gòu)，這些硅羥基結(jié)構(gòu)與凹凸棒石的羥基進(jìn)一步縮合，或KH550的硅羥基自身縮合，覆蓋于凹凸棒石表面，改變其表面形態(tài)和性質(zhì)，形成新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，豐富了凹凸石的孔道，1.3-3.5nm之間的孔徑明顯增加；改性后凹凸棒土的比表面積由酸處理凹凸棒土的152.85m2/g增加為182.09m2/g。
　　 與常規(guī)酸活化凹凸棒土、凹凸棒土原礦、商業(yè)化脫色用凹凸棒土吸附劑相比，十八烷基三甲

4、基氯化銨改性凹凸棒土，對苯酚和活性染料的吸附性能更加理想。該凹凸棒土吸附劑對苯酚的吸附是物理吸附過程，其相互作用力較弱，吸附放熱較少，苯酚濃度為100mg/L時，放熱約12kJ/mol；吸附速率由表面擴(kuò)散控制，吸附過程符合擬二級速率方程，吸附速率常數(shù)k為1.367g/(mg·min)，初始吸附速率為0.8534mg/(g·min)。十八烷基三甲基氯化銨改性凹凸棒土對活性染料的吸附是化學(xué)吸附-物理吸附共同作用的過程，化學(xué)吸附占優(yōu)勢；染料濃

5、度越低，吸附熱越大，濃度小于150mg/L時，吸附焓變幾乎不隨濃度變化而變化，吸附熱約為40kJ/mol，以化學(xué)吸附為主，同時存在表面擴(kuò)散控制的物理吸附；隨著濃度的逐漸增加，吸附熱逐漸減少，體系發(fā)生物理吸附的比例增加。體系在前15min主要是化學(xué)吸附，在30℃、50℃、70℃下的吸附初始速率均很大，達(dá)250mg/(g·min)以上，化學(xué)吸附極易發(fā)生；隨著吸附的進(jìn)行，吸附速率急劇下降，20min后，以表面擴(kuò)散控制的物理吸附主。
　　

6、 十八烷基三甲基氯化銨改性凹凸棒土對大豆異黃酮-單寧酸混合溶液、葛根素-單寧酸混合稀溶液中的單寧酸具有很好的選擇性吸附性能。十八烷基三甲基氯化銨改性凹凸棒土對茶多酚-單寧酸混合稀溶液體系中的吸附試驗表明，單寧酸基本被完全除去，吸附劑對茶多酚各組分具有不同的吸附性能，對茶多酚中各組分的吸附能力如下：兒茶素桔酸酯CG(表兒茶素桔酸酯ECG)>梧兒茶素桔酸酯GCG(表桔兒茶素桔酸酯EGCG)>兒茶素C(表兒茶素EC)>桔兒茶素GC(表桔兒茶

7、素EGC)。在疏水作用力、靜電作用力和氫鍵作用力的共同作用下，十八烷基三甲基氯化銨改性凹凸棒土實(shí)現(xiàn)對單寧酸的有效吸附。十八烷基三甲基氯化銨改性凹凸棒土對單寧酸的吸附平衡符合Freundlich方程。吸附放熱，約為20kJ/mol，是物理吸附。動力學(xué)研究表明，吸附劑對單寧酸的吸附速率很快，一定范圍內(nèi)，溫度升高有利于提高吸附速率，單寧酸濃度越低，則吸附速率越大；吸附劑對單寧酸有較大的吸附容量。
　　 KH550改性凹凸棒土，經(jīng)戊二醛

8、交聯(lián)進(jìn)行脂肪酶固定化。確定其固載工藝條件為：40mL濃度為1mg/mL的脂肪酶磷酸緩沖液(pH7.0)溶液，加入0.400g經(jīng)0.5%的戊二醛處理的KH550改性凹凸棒土，溫度控制在25-30℃之間，固定化6h，得到固定化脂肪酶產(chǎn)品。原子力顯微鏡和掃描電鏡分析證實(shí)，脂肪酶已經(jīng)在KH550改性凹凸棒土載體上成功實(shí)現(xiàn)固載。所得到產(chǎn)品的酶活為3100-3300U/g，酶活回收率可達(dá)50%。經(jīng)固定化的脂肪酶，其最適pH和最適溫度均發(fā)生變改變，耐