纳米Na蒙脱土的高温活化及谱学实验.docx
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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
1电子天平BS110S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1.0×10-4mol/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/LNaCl溶液6mL,调节pH为5.0±0.1。
稳定36h后,加入0.01mol/L[UO2]2+标准液液60μL。
调节pH为5.0±0.1,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(Ⅲ),定容25min。
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1.0×10-4mol/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/LNaCl溶液4mL,调节pH为4.0±0.1。
稳定36h后,加入硒(75Se)溶液20μL。
调节pH为4.0±0.1,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。
22.2.2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1.0×10-4mol/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/LNaCl溶液6mL,调节pH为5.0±0.1。
稳定36h后,加入0.01mol/L[UO2]2+标准液液60μL。
调节pH为5.0±0.1,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(Ⅲ),定容25min。
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1.0×10-4mol/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/LNaCl溶液4mL,调节pH为4.0±0.1。
稳定36h后,加入硒(75Se)溶液20μL。
调节pH为4.0±0.1,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
32.3.1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NEXUS670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。
42.3.2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&TriStarⅡ3020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。
52.3.3X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X’PertPRO型号X射线粉末衍射测定仪,测试角度2θ变化范围从10°~80°,测试温度为20℃~50℃。
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。
62.3.4Zeta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5.0±0.1,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。
第三章实验结果与讨论
3.1活化温度与时间
73.1.1质量损失的影响
8
9图3-1蒙脱土高温活化质量损失
10
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550℃—700℃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
11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
123.2.1IR
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14图3-7不同活化温度的蒙脱土红外(IR)谱图
15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1034.9cm-1为Si-OH-Si的伸缩振动,795.9cm-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。
163.2.2BET
17
18图3-8不同活化温度的蒙脱土BET结果
19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。
203.2.3XRD
21
22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,这可能是高温活化导致层间水损失,引起峰位发生移动所致。
但是这并不能解释在600℃、5h条件下活化后的蒙脱土吸附达到最大的原因。
此外,在46°多出一个新的小峰。
233.2.4Zeta电位
图3-10不同活化温度的蒙脱土Zeta电位结果
如图3-10所示,Zeta电位很好的符合了600℃、5h活化的蒙脱土对铀和硒的吸附结果。
可能是Zeta电位增加,提高了体系稳定性,降低了分散与溶解。
使得在此条件下对铀和硒的吸附达到最大。
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