1实验部分

1.1材料与仪器

所用膨润土原土购自上海试剂四厂，经提纯、粉碎过200目筛制得精土，其阳离子交换容量(CEC)为103.0mmol/100g土;取部分精土，用按其50蜟量，烘干过200目筛。溴化十六烷基三甲铵为化学纯、氯化十六烷基吡啶为分析纯，购自上海润捷化学试剂厂;靛红染料购自宝龙化工公司，纯度>98.主要仪器有UV-1201紫外可见光分光光度计，HZS-H水浴振荡器、H1650高速台式离心机。

1.2实验方法

配制100mg/L、50mL的靛红溶液于250mL三角瓶中。按一定比例称取膨润土精土和表面活性剂组成混合物，加入上述靛红染料废水中。以100r /min的速率在HZS-H水浴振荡器上振荡一定时间后，利用高速离心机在5000r/min下，离心3min，取上层清液，测定吸光度，按1.3方法计算相应的脱色率。振荡吸附时因水分挥发造成的影响可忽略不计。

1.3测定方法

用UV-1201型紫外-可见分光光度计扫描靛红溶液最大吸收波长为612nm，在该波长下测定其浓度，检测限为0.04mg/L.经空白实验证实，少量表面活性剂的存在对靛红的测定无影响。在050mg /L范围内靛红溶液浓度与吸光度成正比，因此脱色率R可由下式计算：R=(1-A/A0)×100式中：A0为染料脱色前吸光度，A为染料脱色后吸光度。

2结果与讨论

2.1混合体系中表面活性剂投加量对脱色率影响

室温30℃，原始pH(pH=4)下，膨润土用量为2.00g/L，振荡吸附20min时，表面活性剂初始浓度Cs0对靛红脱色率影响。

结果表明，表面活性剂的存在大大增强了膨润土对靛红废水的脱色效率。为便于讨论，将大致划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域，在区域Ⅰ时，随表面活性剂初始浓度的增大，脱色率迅速上升，原因是由于带负电性的膨润土层间和硅氧外表面能强烈吸附带正电荷的表面活性剂而不再亲水，膨润土中的有机质含量增加，提高了其对水中有机污染物的吸附能力;表面活性剂加入量约达到其临界胶束浓度(CMC)的1～3倍时，脱色率在Ⅱ区变化平缓，可达96以上;进入Ⅲ区后，脱色率随表面活性剂初始浓度增加反而下降，原因可能是吸附于膨润土上的表面活性剂达到饱和，水溶液中表面活性剂形成的胶束与吸附态的表面活性剂对污染物产生竞争分配作用，促进了染料分子在水溶液中的溶解，从而降低其在膨润土上的吸附。

对于CTMAB 膨润土线，在膨润土加入量一定的情况下，CTMAB量只需0.244g/L时，即相当于所加膨润土量的33蜟，靛红脱色率可达90以上;当CTMAB浓度>0.29g/L时，脱色率在Ⅱ区趋于平缓，在0.7g /L时，最大脱色率可达99以上;CTMAB浓度大约到0.9g时，出现Ⅱ区、Ⅲ区的转折点，此时CTMAB初始浓度将近达到其临界胶束浓度 CMC(0.9×10-3mol/L)的3倍。

实验还发现，CPC对膨润土吸附染料分子的促进作用规律与CTMAB相类似，但其平缓区较窄。对于CPC 膨润土线，CPC初始浓度到0.43g/L(相当于所加膨润土量的58蜟)时，才达到第一个转折点。初始浓度0.5g/L时，约为其临界胶束浓度CMC(1.05×10-3mol/L)的1.4倍，脱色率达99以上。当初始浓度约达到0.6g/L时，脱色率开始缓慢下降。对比可见，在脱色率增大阶段，相对于CPC的促进作用，要达到同样的脱色效果只需投加更少量CTMAB即可，而脱色率下降阶段，它的反作用却比CPC更明显。

2.2混合体系中膨润土投加量对脱色率影响

试验了CTMAB浓度0.28g/L和CPC浓度0.432g/L，膨润土加入量Cb对靛红脱色率的影响。在未加入膨润土时，单独使用表面活性剂对色度去除有一定作用，但形成的絮体颗粒细小，沉降困难。随着膨润土用量增加脱色率迅速增大，达到最大值后趋于平缓，膨润土加入量继续增大脱色率反而下降。

CTMAB 膨润土体系在膨润土量0.6g/L时，脱色率可达99以上，而CPC 膨润土体系要达到同样效果，则需要2g/L的膨润土加入量。

2.3处理时间对脱色率影响

选取CTMAB 膨润土混合体系中CTMAB量0.28g/L、膨润土量为1g/L和CPC 膨润土混合体系中CPC量0.432g/L、膨润土量2g/L，在原始pH下，考察处理时间对靛红废水脱色率的影响。

结果表明，两种方法对靛红脱色反应时间短，沉降速度快，表现出良好吸附、絮凝性，原因可能跟表面活性剂在水溶液中迅速分散有关。CTMAB 膨润土混合体系只需5min，对100mg/L靛红溶液脱色率可达99，而CPC 膨润土混合体系反应速率相对慢点，需要10min才能达到同样效果。两种方法处理染料废水时间都比较短，为使体系反应充分，后面实验都取20min.

2.4溶液pH对脱色率影响

其它条件同2.3，调节不同pH值的靛红溶液，考察两种体系对靛红废水脱色率与溶液pH值的关系。结果表明，在pH值410范围内，两种方法都具有良好的脱色效果，其最佳脱色率受pH变化影响较小。膨润土特殊的结构具有化学稳定性，保证了其晶格在有限的酸碱度范围内不易被破坏。潘竟军的研究表明，在pH为210 范围内，CTMAB加入量小于或等于膨润土量的100蜟时，在膨润土上几乎能达到完全吸附。本实验中，CTMAB 膨润土混合体系中CTMAB加入量是所加膨润土量的75CEC，CPC 膨润土混合(混合机种类)体系中CPC加入量为58CEC，可完全吸附，因此有限的pH变化对脱色率影响不大。但pH值超过10后，两方法脱色率下降明显。在pH值24范围内，CTMAB 膨润土混合体系受pH变化影响比CPC 膨润土混合体系小。吸附后溶液pH值均变为8左右，满足废水排放标准。一般靛红溶液的pH值为 4，故在实际废水处理中不需要调节pH值。

2.5温度对脱色率影响

其它条件同2.3，考察温度对脱色率的影响。

温度对CPC 膨润土与CTMAB 膨润土混合体系的脱色率影响线都是递减曲线，原因是阳离子表面活性剂在固液界面上的吸附量随温度升高而降低，热运动使脱附下来的表面活性剂胶团中可供容纳增容物的空间增大，提高了增容物在胶团中的溶解度，致使已经吸附、絮凝的有机物重新分散，溶液浊度增大。

实验结果表明，随着温度升高，CPC 膨润土线几乎成直线下降，而CTMAB 膨润土线先平缓变化，温度达到50℃后，脱色率快速下降。

2.6吸附等温线

为便于比较，取膨润土量2.00g/L，有机膨润土和表面活性剂 膨润土混合体系中表面活性剂用量均为50蜟.在表面活性剂混合膨润土体系处理 20min、表面活性剂改性的有机膨润土和原土吸附1h，溶液原始pH值，室温30℃的情况下，实验测定了靛红溶液在不同初始浓度时的平衡吸附量 Qe(mg/g)与平衡浓度Ce(mg/L)，所得吸附等温线。

分别用Freundlich吸附等温式Q=KFC1/n回归，得出等温吸附常数KF、n和用Langmuir等温式Q=abC/(1 aC)回归得到饱和吸附量b(mg/g)、吸附平衡常数a.

对比各R2值可得，表面活性剂 膨润土混合体系和原土吸附靛红更符合Langmuir等温式，而有机膨润土吸附靛红则用Freundlich等温式描述更合适一些。回归结果可见，吸附曲线均呈非线性变化，表明表面吸附起主要作用，很快达到吸附平衡，吸附量随平衡浓度呈非线性变化，存在最大吸附容量。

膨润土 表面活性剂混合体系对靛红废水的脱色效果明显优于有机膨润土，该体系的脱色过程实质是表面活性剂、染料在膨润土上同时吸附的过程。在此过程中，膨润土对靛红的吸附能力较弱，但对阳离子表面活性剂吸附能力较强。阳离子表面活性剂对膨润土吸附染料起增强作用，部分表面活性剂交换到膨润土层间，增大了其层间距，提高了对靛红的吸附能力，同时部分吸附于膨润土表面上的表面活性剂发挥了很好的络合作用，有效增大了对染料靛红的吸附容量。而有机膨润土吸附却以交换到层间的表面活性剂有机相的分配作用为主。低浓度时，CTMAB 膨润土混合体系对靛红废水的脱色效果优于CPC 膨润土混合体系，而在高浓度时，效果一般，饱和吸附量只及CPC 膨润土混合体系的一半，原因可能跟两种表面活性剂的亲水端的不同有关;原土的饱和吸附量最少，只有38mg/g.

3结论

(1)适量的阳离子表面活性剂混入膨润土后，能显著提高膨润土对酸性染料-靛红的吸附能力，脱色率受pH值和处理时间的变化影响较小，脱色后沉降速度快，表现出良好的吸附、絮凝沉降效果。且脱色率比其相应改性土大，饱和吸附量成倍增加。

(2)表面活性剂 膨润土混合体系对靛红废水的脱色效果受表面活性剂加入量影响最大。处理100mg/L、50mL靛红溶液的适宜条件为，膨润土量0.03g，CTMAB0.014g，处理5min;或者膨润土量0.1g，CPC0.0216g，处理10min.

(3)相同碳链、不同亲水基结构的表面活性剂跟膨润土混合物对染料脱色表现出不同的促进作用。对靛红溶液吸附，低浓度时，CTMAB 膨润土混合体系的脱色效果好;高浓度时，CPC 膨润土混合体系效果好。