纳米Na-蒙脱土的高温活化及谱学实验

纳米Na-蒙脱土的高温活化及谱学实验2.1 试剂和仪器2.1.1 试剂表2-1 主要实验试剂试剂名称 试剂等级提供单位铀酰 分析纯 氯化钠 分析纯 天津市大茂化学试剂厂偶氮砷（III） 分析纯氢氧化钠 分析纯 天津市光复科技发展有限公司浓盐酸 分析纯 天津利安隆博华医药化学有限公司氯化钠 分析纯 天津市大茂化学试剂厂硒（75Se） 2.1.2 仪器表2-2 主要实验仪器仪器名称型号生产厂家或样品测试单位 电子天平 BS 110 S 北京赛多利斯天平有限公司马弗炉 精密pH计 UB-7 北京赛多利斯仪器系统有限公司医用离心机 TDZ5-WS & TG18M 长沙平凡仪器仪表有限公司恒温振荡器 可见分光光度计 7230G-N 上海仪电分析仪器有限公司伽马探测器 2.2蒙脱土的活化2.2.1 高温活化将纳米Na-蒙脱土在高温下进行烧灼。在2个体积与重量近似的坩埚中分别称取5.00g原土，在马弗炉中烧灼，控制时间为6小时，温度分别为200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800。烧灼结束后将样品转移至干燥器冷却至室温，然后将坩埚称重，计算重量损失，样品转入100mL试剂瓶中。为了解温度对蒙脱土活化的影响，将不同温度烧灼过的样品分别进行吸附铀(VI)和硒（75Se）的实验：铀(VI)浓度为1.010-4 mol/L，其中固液比为2g/L，溶液体积为6mL。在室温下称取12.00mg活化样品于离心试管，加入0.1mol/L NaCl溶液6mL，调节pH为5.00.1。稳定36h后，加入0.01mol/LUO22+标准液液60L。调节pH为5.00.1，稳定36h后，离心溶液，移取上清液2mL于25mL容量瓶中，加入1mL0.5mol/LHCl，2mL偶氮砷()，定容25 min。在652nm波长范围下测定吸光度，计算吸附率和Kd值。硒(75Se)的浓度为1.010-4mol/L，其中固液比为5g/L，溶液体积为4mL，在室温下称取20.00mg活化样品于离心试管，加入0.1mol/L NaCl溶液4mL，调节pH为4.00.1。稳定36h后，加入硒(75Se)溶液20L。调节pH为4.00.1，稳定36h后，移取混合液1mL于测样管，离心剩余溶液，移取上清液1mL于测样管中，用伽马探测器测量放射性计数，计算吸附率和Kd值。2.2.2 活化时间将纳米Na-蒙脱土在不同时间下进行烧灼。在8个坩埚中分别称取1.00g原土，在马弗炉中烧灼，控制温度为600，时间分别为1h、2h、3h、4h、5h、8h、10、12h。烧灼结束后将样品转移至干燥器冷却至室温，然后将坩埚称重，计算重量损失，样品转入5mL试管中。为了解时间对蒙脱土活化的影响，将不同时间烧灼过的样品分别进行吸附铀(VI)和硒（75Se）的实验：铀(VI)浓度为1.010-4 mol/L，其中固液比为2g/L，溶液体积为6mL。在室温下称取12.00mg活化样品于离心试管，加入0.1mol/L NaCl溶液6mL，调节pH为5.00.1。稳定36h后，加入0.01mol/LUO22+标准液液60L。调节pH为5.00.1，稳定36h后，离心溶液，移取上清液2mL于25mL容量瓶中，加入1mL0.5mol/LHCl，2mL偶氮砷()，定容25 min。在652nm波长范围下测定吸光度，计算吸附率和Kd值。硒(75Se)的浓度为1.010-4mol/L，其中固液比为5g/L，溶液体积为4mL，在室温下称取20.00mg活化样品于离心试管，加入0.1mol/L NaCl溶液4mL，调节pH为4.00.1。稳定36h后，加入硒(75Se)溶液20L。调节pH为4.00.1，稳定36h后，移取混合液1mL于测样管，离心剩余溶液，移取上清液1mL于测样管中，用伽马探测器测量放射性计数，计算吸附率和Kd值。2.3蒙脱土的表征2.3.1 红外光谱分析（IR）称取常温（25）蒙脱土和600活化过的蒙脱土各0.5g，采用NEXUS 670型号傅里叶变换红外光谱仪，室温下用KBr压片法进行扫谱分析，实验在室温下进行，测定活化对纳米Na-蒙脱土红外光谱的变化。2.3.2 比表面积（BET）称取25、500、550、600、650、700活化后的蒙脱土各0.5g，采用ASAP2020M&TriStar3020型号仪器，脱气温度为60，进行比表面积测试。通过比较了解活化对纳米Na-蒙脱土比表面积的影响。2.3.3 X射线衍射（XRD）称取25、500、550、600、650、700和600/5h活化后的蒙脱土各0.5g，采用XPertPRO型号X射线粉末衍射测定仪，测试角度2变化范围从1080，测试温度为2050。XRD谱图可以显示出蒙脱土出峰情况，进而确定活化对膨润土结构是否有影响。2.3.4 Zeta电位称取25、500、550、600、650、700和600/5h活化后的蒙脱土各12mg于离心管中，加入6mL0.1mol/L的NaCl溶液，配制成2g/L的溶液，调节pH为5.00.1，维持平衡36h，用Zeta电位仪测定电位，了解活化对蒙脱土表面电荷的影响。-10-第三章 实验结果与讨论3.1活化温度与时间3.1.1质量损失的影响图3-1 蒙脱土高温活化质量损失图3-2 蒙脱土活化时间质量损失如图3-1给出了样品在200-800的质量损失的情况：在550之前，损失率基本稳定在9.5%-10%之间，初步判断损失的是以化学、物理方式吸附的层间水分，并且由于蒙脱土硅酸盐类材料的热稳定性，高温不足以破坏其晶体结构，所以损失率基本维持稳定8；而在550-700间，质量损失呈直线增加，可能是高温破坏了晶体结构，导致蒙脱土结构中的羟基(-OH)损失所致。700以后又趋于稳定，体系达到了新的稳定状态。由此判断在550-700间晶体中可能羟基(-OH)的损失将会引起蒙脱土晶体结构发生变化，变化过程与文献报道类似12。如图3-2，与温度效应相比，由于时间效应只称取了1g样品，所以误差要比5g的温度效应大些，但是仍然可以通过拟合曲线看出：时间小于8h时，损失率持续增长，当时间大于8h后，损失率基本稳定在11.5%-12%间，由此推断，蒙脱土结构可能在8h以前发生变化。3.1.2活化温度图3-3 不同活化温度的蒙脱土对铀的吸附 图3-4 不同活化温度的蒙脱土对硒的吸附如图3-3，系列1为吸附结果，可以看出，在600、650时吸附效果最好，吸附率能达到35%，Kd值达到250。但是在350出现了一个峰，这与图3-1中的350出现峰值相对应，为了进一步研究了350的结果，进行了2、3平行样，与1对比，进一步说明没有峰值。如图3-4所示，1、2为两次实验结果。高温活化后的蒙脱土对硒（75Se）的吸附与对铀的吸附结果类似，均在600附近出现最高点，对硒（75Se）的吸附率可达20%，Kd值可达60。由此得出600活化后的纳米Na-基蒙脱土对铀和Se(IV)的吸附达到最大，这初步证实了不同温度活化原土后质量损失中550700蒙脱土结构可能会发生变化的假设：可能是晶体中羟基(-OH)的损失引起结构变化，从而提高了活化后的蒙脱土对阴阳离子的吸附。3.1.3活化时间图3-5 不同活化时间的蒙脱土对铀的吸附图3-6 不同活化时间的蒙脱土对硒的吸附如图3-5，从图中发现在5h处吸附达到最大。可见对原土进行不同时间的烧灼活化后，对铀的吸附结果5h处有峰值，且Kd值达到270，说明活化5h后效果明显。如图3-6所示，不同活化时间对硒（IV）的吸附结果与铀略有不同，对硒的影响不大。总体来看，时间效应初步确定为5h，即对纳米Na-基蒙脱土进行5h（温度600）活化后，其对阴阳离子的吸附较之原土有明显提升，其提升的原因有待进一步探讨。3.2表征3.2.1 IR图3-7 不同活化温度的蒙脱土红外（IR）谱图如图3-7所示，常温样品与600活化结果对比，以常温25结果为例，在3626.1cm-1处为蒙脱土结构中的Si-OH-Al的OH伸缩振动频率；3447.5cm-1为蒙脱土结构中层间吸附水的OH伸缩振动；1637.2cm-1吸收带为蒙脱土结构中层间吸附水的OH弯曲振动；在1034.9 cm-1为Si-OH-Si的伸缩振动，795.9 cm-1以及468cm-1为Si-OH-Fe的伸缩振动吸收峰；520.3cm-1属于Si-OH-Mg的伸缩振动吸收谱带14。这说明常温和600活化的红外结果基本没有变化，由此基本认为其他样品红外表征结果也没有区别。3.2.2 BET图3-8 不同活化温度的蒙脱土BET结果如图3-8，随着活化温度的升高，比表面积直线减少。与图2-1对比，在550-700之间水分损失一直程直线增加趋势，高温活化致使水分损失，引起比表面积减少，但这并不能说明活化后的样品在600、5h处吸附率显著提升的原因。3.2.3 XRD图3-9 不同活化温度的蒙脱土XRD结果如图3-9所示，与原土相比，高温活化后的蒙脱土在9的峰位发生了右移，且移动的程度基本相似，另外峰强也减弱了很多，这可能是高温活