磁性有机膨润土的制备及其吸附性能研究

业领域。近年来，磁性纳米技术在环境修复领域中的应 用受到广泛的关注[6 - 8 ]。改性磁性纳米颗粒不仅吸附污 染物，而且在外加磁场作用下可以回收利用吸附剂。例 如利用磁性颗粒能够加速吸附和降解重金属离子 （如 P b 2 + 、C r 6 +），络合剂乙二胺四乙酸二钠能与重金属离子 发生络合反应，从而去除核设备基材上残留的放射性 核素[9 - 1 0 ]。
Preparation of Magnetic Organobentonite and Its Adsorption Capacity
WU Ming-xia, LI Qing-cai, YU Jian-long, TENG Zhi-chun
(China Haohua North Paint & Coatings Industry Research and Design Institute Co., Ltd., Lanzhou 730020, China)
Abstract: The Fe3O4 magnetofluid was prepared by coprecipitation method and the organobentonite was modified with EDTA. Then the magnetofluid and the modified bentonite was composited to prepare modified magnetic organobentonite carrying Fe3O4. The infrared spectroscopic analysis and SEM simulation application test was conducted to measure the surplus after the absorption of sample to Pb2+ and Cr6+ on different base materials. The results showed that ferroferric oxide particle was loaded on the surface of organobentonite modified by EDTA, forming magnetic aggregation. The modified magnetic benetonite possesses excellent superparamagnetism and absorptive property to Pb2+ and Cr6+, thus the goal of wiping off radionuclide was achieved. Key words: magnetic bentonite; Fe3O4; adsorption capacity
0 引言
在核设施退役活动和各种核应急事故响应中，去 除放射性核素污染都是关键问题。随着核电技术的快 速发展和广泛应用，越来越多的放射性去污技术被用 于核电生产和核设施退役后处理过程中，但是这些技 术应用于核设施表面的放射性污染物的去除都存在一 定的不足，针对这些技术的缺陷找到一种去污效果良 好且使用方便的去污剂尤为重要。
图 2 改性磁性有机膨润土红外谱图
通过对比有机膨润土和改性磁性有机膨润土 F T I R 谱图发现，图 1 中红外光谱特征在高波数段有 2 个 明显的吸收峰，在 3 6 2 0 c m - 1 波数段有一个 A l —O —H 的伸缩振动，由于膨润土层间水分子的存在，在 3 4 1 7 c m - 1 波 数 段 出 现 了 一 个 H —O —H 的 伸 缩 振 动 ，在 1 6 4 2 c m - 1 中波段附近出现了一个 H —O —H 的弯曲 振动；由于膨润土的主要成分是 S i O 2，因此在 1 0 0 2 c m - 1 波数段附近出现了一个由 S i —O —S i 伸缩振动引 起的强吸收峰；而在 4 0 0 ～ 8 0 0 c m - 1 波数段附近的吸 收峰则是由膨润土中存在的 A l —O 八面体和 S i —O 四面体的立体结构而引起的耦合振动，膨润土正是由 于这种立体结构的存在，能够和其他金属离子进行阳 离子交换从而达到吸附效果[1 6 ]。图 2 中通过共沉淀法 制备的磁性有机膨润土没有出现新的红外谱峰 [1 7 ]，这 说明在制备磁性膨润土过程中，F e 3 O 4 微粒并未与有机 膨润土中矿物形成新的化学键。结合纳米微粒具有高 的表面能及有机膨润土中主要矿物（蒙脱石）存在固有 电荷，可以认为，F e 3 O 4 微粒为降低其表面能，通过静 电引力负载于有机膨润土矿物颗粒表面而形成磁性膨
放射性去污技术主要是通过适当的方法将核设备 使用过程中残留下来的放射性污染物除去或减少，从
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收稿日期：2016-08-17
作者简介：吴明霞（1986— ），女，硕士，工程师，主要从事自剥离
型放射性去污剂的研制工作。E-mail:wumingxia999@。
量。结果表明，Fe3O4 微粒能够负载到被乙二胺四乙酸二钠改性过的有机膨润土表面形成磁性集合体，改性磁性膨有机润 土具有良好的超顺磁性，对 Pb2+、Cr6+等核素有良好吸附性能，从而达到去除放射性核素的目的。
关键词：磁性膨润土；Fe3O4；吸附性能
中图分类号：TQ637
文献标志码：A
文章编号：1007-9548（2016）12-0013-03
图 3 F e 3O 4 的 S E M 照片
图 4 有机膨润土的 S E M 照片
图 6 有机膨润土 E D S 照片
图 7 磁性有机膨润土 E D S 照片
图 5 改性磁性有机膨润土的 S E M 照片
2. 3 改性磁性有机膨润土的应用
对比 S E M 照片发现，纯 F e 3O 4 颗粒团聚较为明 显，而磁性有机膨润土颗粒比较疏松，有明显孔隙， F e 3O 4 颗粒较为均匀地分布在有机膨润土表面，没有出 现明显团聚，并且磁性有机膨润土与有机膨润土一样
膨润土是以蒙脱石为主的含水黏土矿，由于其具 有特殊的性质，如膨润性、黏结性、吸附性、催化性、触 变性、悬浮性以及阳离子交换性等，所以广泛应用于工
MPF 2016 年 12 月 第 19 卷 第 12 期 13
试验研究与应用‖E xp e r i m e n ta l R e se a r c h a n d A p p l i c a ti on
本试验通过具有吸附性能的有机膨润土、磁性能 的铁氧化物和络合剂共沉淀得到一种比表面积大、吸 附性能高的改性磁性吸附剂— ——磁性膨润土材料，并 对改性磁性膨润土材料通过红外光谱和扫描电子显微 镜（S E M ）进行表征[1 1 - 1 4 ]，为磁性膨润土材料应用于核设 备基材上的核素污染处理提供了一定的理论依据。
Experimental Research and Application‖试验研究与应用
磁性有机膨润土的制备及其吸附性能研究
吴明霞，李清材，于建龙，腾志春
（中昊北方涂料工业研究设计院有限公司，兰州 730020）
摘要：采用共沉淀法制备 Fe3O4 磁流体，用磁流体与乙二胺四乙酸二钠复合改性有机膨润土制备 Fe3O4 负载的改性磁性有 机膨润土，并对其进行了红外光谱分析、扫描电子显微镜形貌分析、元素分析，测定了样品对不同基材上 Pb2+、Cr6+吸附剩余
将提纯的有机膨润土分散到去离子水中 （1 ∶ 1 0 0）， 在 7 0 ℃ 水浴中搅拌 2 h ，通入 N 2 保护，加入适量的 F e S O 4·7 H 2 O 和 F e C l 3·6 H 2 O（F e 3 + ∶ F e 2 + = 3 ∶ 2），使 F e 3 O 4 与 膨润土的质量比为 1 ∶ 1 ，搅拌 5 m i n ，逐渐滴加 2 0 % N a O H 溶液至 p H = 1 0 ，加入 E D T A（O H ∶ E D T A = 1 ∶ 1），搅 拌 2 h ，7 0 ℃ 晶化 3 h ，在外加磁场的作用下分离出磁 性物质，去除无磁性的悬浮物，将得到的固体分别用蒸 馏水和无水乙醇洗涤多次，至 p H = 7 ，最后在 5 0 ℃ 真空 下干燥 2 4 h ，研磨，即得改性磁性有机膨润土。
1 试验部分
1 . 1 试验原料及设备 9 0 8 有机膨润土：海明斯·德谦，工业级；F e S O 4·
7 H 2 O 、F e C l 3·6 H 2 O 、N a O H 、乙二胺四乙酸二钠，无水乙 醇，分析纯；钛白粉、重质碳酸钙、高岭土，工业级；自制 苯丙乳液。
扫描电镜 J S M - I T 1 0 0 ，日本电子株式会社；红外光 谱仪，P E - 2 0 0 0 ；F J - 2 2 0 7 型 α 、β 表面污染测量仪。 1 . 2 样品制备 1 . 2 . 1 有机膨润土的提纯
有机膨润土矿粉和去离子水按质量比为 1 . 0 ∶ 6 . 5 加料，搅拌 3 0 m i n 后静置 2 4 h ，取出上层清液，然后搅 拌 1 5 m i n ，再加去离子水或上次取出的清液配制成为 膨润土和水质量比为 1 . 0 ∶ 1 0 . 0 的料浆，继续搅拌 1 0 m i n ，再静置 4 h ，取出上层清液用于下次配制浆液，弃 去下层沙土，取出中层精土，在 1 0 0 ℃ 烘箱中干燥，粉 碎，过 2 0 0 目分样筛，制得提纯的有机膨润土。 1 . 2 . 2 改性磁性有机膨润土的制备
透过率/ ％
100
90
3417 3620
80
1642
70
60
50
40
30 1002
20
10
0 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
波数/ c m － 1
图 1 有机膨润土红外谱图