多环芳烃是环境中一类典型的持久性有机物污染物,因其具有极强的致畸、致癌和致突变效应, 美国国家环境保护署、联合国环境规划署和我国国家环境保护部等机构已将多种 PAHs列入优先控制的有毒有机污染物黑名单。PAHs可以通过有机物不完全燃烧、废水排放及石油泄漏等多种途径进入环境,还可以通过食物链危害人类健康。近年来随着工农业的迅猛发展,我国水环境的 PAHs 污染日趋严重。因此,有效降低水和废水中PAHs的含量对我国水环境的污染防治具有重要的意义。目前,国内外去除水中PAHs的常用方法包括生物降解法、高级氧化法和吸附法等。其中,吸附法具有操作简单、效率高、以及成本低等优点, 是一种近年来备受研究人员关注的水中多环芳烃去除方法。

溴化十六烷基吡啶改性沸石对水中菲的吸附分析-国投盛世

天然沸石是呈骨架状结构的铝硅酸盐晶体,容易获得,具有较强的阳离子交换性能,当前利用天然沸石的阳离子交换能力去除水中的铵、重金属阳离子和阳离子染料等阳离子污染物已经引起研究人员的广泛关注,采用溴化十六烷基吡啶、十六烷基三甲基溴化铵等阳离子表面活性剂对天然沸石的外表面进行改性,可以显著提高沸石对水中阴离子污染物和疏水性有机污染物的吸附能力。阳离子表面活性剂改性沸石被认为是一种可以同时去除水中阳离子污染物、阴离子污染物和疏水性有机污染物等不同类型污染物的吸附剂,预计应用前景广阔。

溴化十六烷基吡啶改性沸石对水中菲的吸附分析-国投盛世

沸石的孔径尺寸通常小于阳离子表面活性剂的分子大小,因此采用阳离子表面活性剂溶液对沸石进行改性时阳离子表面活性剂仅被负载到沸石的外表面。阳离子表面活性剂主要是通过阳离子交换作用和疏水作用负载到沸石表面。当溶液中阳离子表面活性剂的浓度低于临界胶团浓度时, 阳离子表面活性剂主要通过阳离子交换和静电吸引作用以单分子层形被负载到沸石的外表面; 当溶液中阳离子表面活性剂的浓度高于 CMC 且存在足够的表面活性剂量时,阳离子表面活性剂主要通过静电吸引作用和疏水作用以双分子层形式被负载到沸石的外表面。

溴化十六烷基吡啶改性沸石对水中菲的吸附分析-国投盛世

在实验中,SMZ1 中阳离子表面活性剂主要通过静电吸引作用而非疏水作用被固定到沸石表面上,这进一步证实了SMZ1中阳离子表面活性剂主要以单分子层形式存在。对于SMZ2 的微商热重曲线,200-300℃ 之间和393℃处均出现了明显的峰,这说明SMZ2中部分阳离子表面活性剂通过静电吸引作用被固定到沸石表面上,另一部分阳离子表面活性剂通过疏水作用被固定到沸石表面的阳离子表面活性剂单分子层上,即 SMZ2中存在阳离子表面活性剂双分子层。

溴化十六烷基吡啶改性沸石对水中菲的吸附分析-国投盛世

当负载了单分子层的CP +阳离子后,沸石的表面由亲水性变为疏水性。SMZ1 对水中菲去除主要依靠 SMZ1 表面的疏水性基团与疏水性分子菲之间的特殊吸引力,即疏水作用。对于SMZ2,CP +阳离子以双分子层形式负载于天然沸石的表面上,第一层CP + 阳离子的亲水性头端通过静电吸引作用被固定到沸石的带负电骨架上,第二层CP + 阳离子的疏水性尾端通过疏水作用被固定到第一层的CP +阳离子上, 第二层CP +阳离子的亲水性头端朝向溶液。当负载了双分子层 CP + 阳离子后,沸石表面的电荷由负变为正。SMZ2 吸附水中菲的
主要机制是疏水性菲溶解进入沸石表面的有机相中,即有机相分配作用。

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