羟基Fe、Al柱撑蒙脱石对庆大霉素的吸附行为

方圣琼,潘　进,李　晓,翁洪平,邱凌峰(1.福州大学石油化工学院,福建 福州 350116；.福州大学环境与资源学院,福建 福州 350116)



羟基Fe、Al柱撑蒙脱石对庆大霉素的吸附行为

方圣琼1,2,潘进2,李晓1*,翁洪平2,邱凌峰2(1.福州大学石油化工学院,福建 福州 350116；2.福州大学环境与资源学院,福建 福州 350116)

摘要：以蒙脱石(Mont)为原料,在不同OH/Fe物质的量比(x)和Fe/Al物质的量比(y)柱撑条件下制备出系列羟基铁(xOH/Fe-Mont)、羟基铝(OH/Al-Mont)和羟基铁铝(yFe/Al-Mont)柱撑蒙脱石,采用XRD和FT-IR对柱撑蒙脱石进行表征,并研究了柱撑改性对蒙脱石对庆大霉素(Gen)吸附行为的影响.结果表明:柱撑蒙脱石对Gen吸附量显著提高,且Mont(42.83mg/g)＜＜OH/Al-Mont(63.50mg/g)＜1.5OH/Fe-Mont(70.50mg/g)＜＜0.025Fe/Al-Mont(87.20mg/g),吸附Gen最佳pH值为9.等温吸附适于采用Freundlich方程拟合,吸附动力学符合伪二级动力学方程,吸附3h可超过平衡吸附量的80%.XRD分析表明,羟基铁和羟基铝主导柱撑(y≤0.5)蒙脱石层间距扩增是吸附量增加的主要原因,而yFe/Al-Mont中y≥1.0时,层间距并不是吸附量变化的的主导机制;FT-IR分析表明阳离子交换是Gen和铝离子进入蒙脱石的主导机制.

关键词：蒙脱石；羟基铁铝复合柱撑；庆大霉素；吸附

* 责任作者, 教授, lxzwy@fzu.edu.cn

庆大霉素(Gen)等氨基糖苷类抗生素是一类广泛应用于人类和动物的疾病治疗的抗生素,在各类抗生素的使用量中排在第5位,占据中国抗生素市场份额的2.7%;其中的Gen主要用于治疗细菌感染,尤其是革兰氏阴性菌引起的感染,中国2010年产能已达2500t[1-4].抗生素药物在生物体内为低吸收性,25%～90%将从粪便和尿液中以母体药物或代谢物的形式排出体外,进入土壤或水生环境并中长期存在[1,5-12].据报导,Gen在美国的环境浓度为0～43ng/L,但在氧化塘的污水中可达0～467ng/L[13],在德国医院排放的废水中则检测出Gen的残留浓度高达0.4～7.6μg/L[14].我国滥用抗生素的情况也比较严重,在各种水体里都检测出了Gen残留,并出现了多种对Gen具有耐药性的细菌[15-16].因此,对庆大霉素等抗生素污染的监测与防治逐渐引起人们的重视.

蒙脱石具有层状结构和阳离子交换特性,被广泛应用于污染物的吸附去除[17],其在抗生素污染控制方面的研究备受关注.但目前的研究主要集中在蒙脱石对四环素、青霉素、环丙沙星等抗生素的吸附[18-23]:Aristilde[20]研究了不同pH值时蒙脱石吸附四环素机理;Wu等[22]建立了蒙脱石吸附萘啶酸伪二级动力学方程;Anggraini等[21]采用扩展朗格缪尔模型来研究双因素下2个抗生素竞争吸附行为;Essington等[24]用改性蒙石对改性蒙脱土吸附四环素和泰乐菌素的机理进行了研究,建立并成功地描述pH值边缘吸附的表面络合模式和内球表面络合模式,表明离子交换是蒙脱石滞留金霉素、泰乐菌素的主要机制;但对Gen的吸附研究较少.Gen在水溶液中主要以阳离子形式存在,本文首先采用无机阳离子对蒙脱石进行单独柱撑和复合柱撑改性,然后比较不同改性蒙脱石对Gen的吸附行为,为蒙脱石应用于Gen污染的吸附处理提供实验和理论依据.

1　材料与方法

1.1主要实验材料

庆大霉素标准样(纯度高于99%),蒙脱石(Mont)(离子交换容量为24.6mmol/100g),购自Sigma-Aldrich公司; 其他试剂均为优级纯或色谱纯.庆大霉素的储备液(1000mg/L)采用高纯水配制,储存于4℃黑暗环境.

1.2柱撑蒙脱石吸附剂的制备

(1)羟基铁柱撑蒙脱石吸附剂:在室温下,将Fe(NO3)3·9H2O (24.24g)溶于去离子水制得Fe(NO3)3·9H2O溶液,在搅拌条件下,再分别将不同质量的Na2CO3粉末(0.64,1.27,1.91,2.54,3.18, 4.77,6.36g)缓慢分别加入到上述溶液中,然后加去离子水至200mL,继续搅拌2h,最后将所得混合溶液在60℃下恒温陈化24h,得到OH/Fe物质的量比分别为0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.5,2.0的羟基铁柱撑溶液.将6g Mont加入到100mL去离子水中制得蒙脱石悬浮液,恒温60℃,在搅拌下将羟基铁柱撑溶液分别缓慢加入,搅拌反应2h后,60℃下陈化,最后经离心、水洗去除过量的离子,所得粉末105℃干燥2h,碾磨过200目筛,再在105℃下烘干2h,最终制得不同物质的量比的羟基铁柱撑Mont吸附剂,分别记为0.2OH/Fe-Mont, 0.4OH/ Fe-Mont,0.6OH/Fe—Mont,0.8OH/Fe-Mont,1.0OH/ Fe-Mont,1.5OH/Fe-Mont和2.0OH/Fe-Mont.

(2)Fe/Al复合柱撑蒙脱石吸附剂的制备: 在室温下,将60mL 1.0mol/L的Na2CO3溶液缓慢滴入100mL的0.5mol/L的AlCl3溶液中,加水稀释至200mL,继续搅拌2h,然后60℃恒温陈化48h,得到OH/Al离子物质的量比为2.4的羟基铝柱撑剂,记为2.4OH/Al柱撑液.然后分别取一定量的2.4OH/Al柱撑液(200,195.9,192.0,184.6,165.5, 141.2,109.1,88.9,75.0mL),并分别取对应量的1.0OH/Fe柱撑液(0,4.1,8.0,15.4,34.5,58.8,90.9, 111.1,125.0mL),同时边搅拌边缓慢加入到60℃的蒙脱石悬浮液(6g Mont加入到100mL去离子水中制得)中,搅拌反应2h后,所得悬浮液在60℃下陈化,最后经离心、水洗除去过量的离子,并将所得的粉末在105℃下干燥2h,碾磨过200目筛后,再在105℃下烘干2h,最终制得不同物质的量比的羟基铁铝柱撑Mont吸附剂,分别记为OH/Al-Mont,0.025Fe /Al-Mont,0.05Fe/Al-Mont, 0.10Fe/Al-Mont,0.25Fe/Al-Mont,0.50Fe/Al-Mont, 1.0Fe/Al-Mont,1.5Fe/Al-Mont,2.0Fe/Al-Mont.

1.3吸附剂表征

X射线衍射能谱(XRD)采用Rigaku MiniFlex 600进行分析,条件为40kV、15mA、Cu-Kα射线源,测定2θ范围在5～20°,步长间隔1°/min.傅里叶红外光谱(FT-IR)分析使用KBr压片法,采用Thermo Nicolet iS10傅里叶变换红外光谱仪记录样品IR谱图,扫描范围内分辨率为4cm-1.

1.4Gen吸附实验

平衡吸附实验的过程为:配制初始浓度为1.0mg/mL的Gen溶液并调节pH值为7,取0.1g蒙脱石或改性蒙脱石加入20mL的Gen溶液中,用铝箔包裹,置于转速170r/min的恒温振荡器中,25℃下震荡吸附24h,取出以4000r/min离心5min,用高效液相色谱(Agilent 1260)测定上清液中的Gen浓度,根据吸附前后的浓度差计算吸附量.研究等温吸附时,Gen初始浓度分别为0.2.4,0.6,0.8,0.9,1.0mg/mL;考察pH值对吸附的影响时,用HCl和NaOH调节溶液pH值为1,4,7,9, 10;考察吸附动力学时,则分别吸附0.5,1,3,7,12, 24h后取样测定吸附量.

2　结果与讨论

2.1XRD分析

图1　羟基铁铝柱撑蒙脱石的X射线衍射图谱Fig.1　X-ray diffraction patterns of hydroxyl-Fe-Al-pillared Mont

从图1可知,OH/Fe-Mont、OH/Al-Mont和Fe/Al-Mont与改性前Mont的X射线衍射图相比,并没有出现新的衍射峰,但是(001)晶面衍射峰出现的位置和强度不一样,羟基铁、铝改性蒙脱石相比于原蒙脱石的层间距d(001)显著增大,说明柱撑改性有效增加了Mont的层间距.

从图1a可知,Mont的d(001)为1.19nm,羟基铁柱撑d(001)最大值出现在1.5OH/Fe-Mont, d(001)为1.62nm.层间距离的扩增分为2个阶段, 当OH/Fe物质的量比小于0.8,d(001)增长缓慢; 当OH/Fe物质的量比超过0.8,d(001)增长较快; 在OH/Fe物质的量比为1.5,层间距d(001)达到峰值1.62nm,说明铁离子的某些初级水解产物插层到部分蒙脱石颗粒的层间,导致层间距增加;当OH/Fe物质的量比为2时,d(001)反而降到1.54nm,主要是随着OH/Fe物质的量比的升高,柱撑溶液中pH值升高到一定限度会导致铁的氢氧化物沉淀,沉淀物覆盖蒙脱石表面,造成柱撑效果不佳.

从图1b可知,当Fe/Al≤0.05时,羟基铁铝柱撑蒙脱石图谱与羟基铝柱撑基本一致,d(001)值略高于无铁的羟基铝柱撑蒙脱石,这是由于Fe3+半径(0.064nm)大于Al3+半径(0.051nm),造成d(001)略大,但d(001)基本保持在1.71nm±0.3nm范围,并没有出现如文献报道的d(001)在(2.3±0.1)nm范围,这主要可能归于柱撑的环境条件的不一致引起的[25].当Fe/Al≥0.10时,d(001)明显下降,从1.70nm下降,使得复合物具有Fe3+聚合物的结构,这种结构变化导致了层间距的减小.

2.2FT-IR分析

图2　羟基铁铝柱撑蒙脱石吸附Gen前后的FT-IR图谱(+Gen表示吸附后)Fig.2　FT-IR spectra before and after Gen adsorption by hydroxyl-Fe-Al-pillared Mont (+Gen represents adsorption)

从图2可知,吸附Gen前的Mont、1.5OH/Fe-Mont在1384cm-1处存在吸收峰,说明尽管经过反复的离心和洗涤,仍有相当多的硝酸根离子()存在于蒙脱石层间中.在羟基铁柱撑液中,离子作为反离子起平衡铁离子正电荷的作用.随着柱撑剂进入蒙脱石,蒙脱石中铁的含量增加,意味着需要平衡的正电荷增加了,进入蒙脱石的可能要随之增加,柱撑后溶液中浓度低于柱撑前的浓度(37.2mg/L)验证了这点.这种的存在使羟基铁柱撑蒙脱石可以交换阴离子,通过交换功能性阴离子可以赋予蒙脱石以新的功能,吴平霄和袁鹏等的研究也证明了该结论[25-26].而OH/Al—Mont在1384cm-1震动峰很弱,说明量很少,主要在于制备羟基铝柱撑剂的过程中没有添加Fe(NO3)3·9H2O,因而没有引入.吸附Gen后,1384cm-1吸收峰变弱,说明逃离了蒙脱石插层,这是由于Gen与蒙脱石层间域的羟基金属聚合物离子发生离子交换反应,被置换出的羟基金属聚合物离子进入溶液中,使得用于平衡其电荷的也逃逸出蒙脱石层间域[27].

2.3OH/Fe和Fe/Al物质的量比的影响

从图3可知,原蒙脱石Mont(即OH/Fe物质的量比为0)的平衡吸附量为42.83mg/g,而OH/Fe-Mont的吸附量在OH/Fe物质的量比＜1.5 时,随着OH/Fe物质的量比的增大而增大,OH/Fe物质的量比为1.5时候达到最大值70.50mg/g,接近Mont吸附量的2倍;而OH/Fe物质的量比大于1.5时候,吸附量又开始下降.羟基铝单独柱撑改性蒙脱石(即Fe/Al物质的量比为0)的平衡吸附量为63.50mg/g,而Fe/Al-Mont的吸附量在Fe/Al＜0.5时,随着Fe/Al物质的量比的增大而减少,其中0.025Fe/Al-Mont时吸附量最大(87.20mg/g),是未改性蒙脱石Mont吸附量的2倍多,Fe/Al为0.5时达到最小值,但仍然高于未改性Mont的吸附量.

图3　不同OH/Fe和Fe/Al物质的量比对Gen吸附量的影响Fig.3　Effect of molar ratio of both OH/Fe and Fe/Al on Gen adsorption amount

从羟基铁柱撑蒙脱石XRD分析结果中d(001)的变化,可较好解释OH/Fe物质的量比对吸附量的影响.由于Mont的d(001)小,因此吸附量小,而1.5OH/Fe-Mont的d(001)值最大,因此相应对Gen的吸附量也最大,这说明OH/Fe柱撑改性Mont对改善蒙脱石吸附Gen有明显效果.从图3可知,羟基铝主导(Fe/Al≤0.5)的柱撑改性蒙脱石,其对Gen吸附量的变化与d(001)变化一致,说明层间距变化也是其吸附量变化的主要原因. 当OH/Fe和Fe/Al物质的量比≤1.0时,Fe/Al-Mont、OH/Al-Mont 吸附量大于OH/Fe-Mont 和Mont,当OH/Fe和Fe/Al物质的量比≥1.5 时,Fe/Al-Mont和 OH/Fe-Mont对Gen的吸附量趋向一致,这说明羟基Al和羟基Fe、Al复合柱撑蒙脱石在Fe含量较低时,以羟基Al为控制,结构接近较为稳定的Keggin结构,吸附量高于OH/Fe-Mont吸附量; 当Fe含量增大时,主要受到羟基铁的控制,柱撑蒙脱石主要是柱撑与层离并存的层柱结构,因此Fe/Al-Mont和OH/Fe-Mont的吸附量基本一致.

2.4等温吸附

图4　Gen吸附量与平衡浓度关系Fig.4　Relationship diagram between adsorption capacity and equilibrium concentration of Gen

由图4可知,各种吸附材料对Gen的吸附量均随Gen浓度的增加而增加.这是由于在低浓度的时候,吸附位点附近的Gen分子数量很少,因此吸附量小;随着初始浓度增加,Gen分子数量增加,竞争吸附位点明显加剧,因此Gen吸附量上升.从图4可知,不管在低浓度还是在高浓度,对Gen吸附量的大小次序均为: Mont＜＜1.0OH/Fe-Mont＜OH/Al-Mont＜1.0Fe/Al-Mont≈1.5OH/Fe-Mont＜＜0.025Fe/Al-Mont,即改性蒙脱石对Gen的吸附量均远大于Mont,说明羟基铁、羟基铝和羟基铁铝柱撑改性蒙脱石显著强化了对Gen的吸附.

对图4实验数据采用Langmuir 等温吸附模型(公式1)和Freundlich等温吸附模型(公式2)进行分析处理.

式中:qe是平衡吸附量, mg/g; Ce是平衡浓度, mg/L; qmax是最大吸附量, mg/g; KL是Langmuir吸附系数, L/mg; KF是Freundlich吸附系数,(mg1-1/n⋅L1/n)/g;获得的Langmuir和Freundlich等温吸附模型的参数如表1所示.

表1　Langmuir和Freundilch等温吸附Gen模型参数Table 1　Parameters of Langmuir and Freundilch isotherms model for adsorption of Gen

从表1可知,采用Freundlich模型的模拟效果(r2= 0.93～0.99)总体上优于Langmuir模型(r2= 0.84～0.97).Freundlich模型中的1/n值均位于0.3 和0.52之间,这意味着柱撑改性和原Mont极易吸附庆大霉素.从表1中Langmuir的qmax值可以看出,改性蒙脱土对庆大霉素最大吸附容量是未改性Mont的2～3倍,最大吸附容量(qmax)的顺序为:Mont＜＜1.0OH/Fe-Mont＜1.5OH/Fe-Mont≈OH/Al-Mont＜1.0Fe/Al—Mont＜＜0.025Fe/Al—Mont,说明羟基铁铝复合柱撑对Gen吸附量大于单独柱撑,铁铝的物质的量比为0.025时吸附量最大.

为了分析Fe3+和Al3+在吸附庆大霉素过程中的贡献度,测试了Fe和Al的浓度.1.5OH/Fe-Mont和OH/Al-Mont在吸附Gen时,吸附后溶液中的Gen浓度分别为(0.057,0.217,0.343,0.493, 0.553,0.641mg/mL)和(0.080,0.225,0.373,0.514, 0.593,0.683mg/mL),对应溶液中Fe的浓度为(0.019,0.024,0.035,0.043,0.047,0.050mg/mL),Al的浓度为(0.008,0.012,0.015,0.018,0.019, 0.021mg/ mL).溶液中Fe、Al元素的出现,说明庆大霉素通过与羟基铁聚合物进行了离子交换,使得庆大霉素被吸附到蒙脱石.另外,庆大霉素在pH值为7的时候,其2、3、4、5价阳离子占比分别为0.004、0.084、0.378和0.537,可计算平均价态为+4价阳离子[28];如果全部与+3价的Fe、Al羟基聚合物进行离子交换,理论上对应的Fe浓度应为(0.023, 0.029,0.040,0.048,0.054,0.056mg/mL),Al的浓度应为(0.008,0.011,0.015,0.018,0.020,0.020mg/mL). Al元素的实际值以理论值为中心上下波动,说明羟基铝柱撑蒙脱石吸附Gen基本是经过Al3+的羟基聚合物离子交换而吸附;但Fe元素理论值比实际值大0.004- 0.007mg/L,也就是有10～20%的庆大霉素并没有经过Fe3+的羟基聚合物离子交换被吸附,而是通过别的离子交换或反应而被吸附.Sithole等[29]提出黏土吸附抗生素主要存在离子交换、二价阳离子或者H+络合配位反应、黏土表面Al离子与抗生素反应等三种机制,已有研究表明蒙脱石吸附四环素等抗生素主要是通过其表面的H+和 Na+离子交换或者Ca2+的配位作用进行[19-20].那么,扣除Fe3+的羟基化合物外,推测还有H+、Na+和Al3+离子参与了其余10%～20%的庆大霉素吸附.蒙脱石含有Al,但是本身并不含有H+和Na+离子,H+和Na+应该是蒙脱石提纯和调节pH值时引入的,但总体上羟基铁柱撑蒙脱石吸附庆大霉素仍以Fe离子交换占主导地位.

2.5pH值影响

pH值是黏土吸附庆大霉素一个重要影响因素,粘土中不同点位分子有不同电荷,同样不同pH有不同的吸附机制[30-32].不同pH值下,Mont、1.5OH/Fe-Mont、OH/Al-Mont和0.025Fe/Al-Mont吸附Gen的实验结果见图5.

由图5可知,当pH≤9时,随着pH值增大,吸附量急剧上升,而当pH=10时,吸附量急剧下降,这种规律主要缘于庆大霉素在溶液中存在6种状态.当pH≤4.5时,Gen全部以5价阳离子存在; 当pH值较高时,Gen以较低价形式存在[28],对于一定交换容量的交换剂,此时其吸附量应该较大; 当pH值等于10的时候,不离解的Gen占了约70%,因此离子交换量急剧下降.从图5中还可知, Mont的曲线形状与改性蒙脱石不同,主要归结于蒙脱石表面电荷性质的转变.未柱撑改性Mont 在pH值6.5～7时,表面由带正电荷开始转向带负电荷,当pH＞7时,Mont表面转为负电荷,表面带电荷有利于蒙脱石对庆大霉素阳离子的吸附[18,20,33];而改性蒙脱石经Zeta电位测试后发现,由于受到羟基铁和羟基铝的影响,其表面电荷在pH值在4～5之间变发生了转变,因而吸附量在4～5时即迅速增加,出现了原蒙脱石吸附量增长滞后于改性蒙脱石的现象.由图5可知,柱撑蒙脱石在环境pH值为7时的吸附量在65～74mg/g之间,远高于未改性Mont的43mg/g,表明羟基铁铝改性蒙脱石是一种去除水溶液中庆大霉素的优良吸附剂.

图5　 pH值对吸附Gen影响Fig.5　Effect of pH on the adsorption of Gen by Mont

2.6吸附动力学

从图6可知,相同时间内不同吸附剂吸附量的大小顺序为: Mont＜＜1.5OH/Fe-Mont＜＜OH/ Al-Mont＜0.5Fe/Al-Mont.伪二级动力学模型被广泛应用于水溶液中污染物的吸附[34-36],对图6实验数据的模拟结果见表2.

式中:k[g/(mg⋅h)]是吸附速率常数;qe(mg/g)是平衡吸附量;qt(mg/g)是不同时间t的吸附量.式(3)可转变为线性方程模型(4),其中[mg/(g⋅h)]是初始吸附速率.由表2模拟结果可知,初始吸附速率是:Mont[57.2mg/(g⋅h)]＜＜1.0Fe/Al-Mont [92.9mg/(g⋅h)]＜OH/Al-Mont[97.4mg/(g⋅h)]＜1.5OH/Fe-Mont [118.2mg/(g⋅h)],初始吸附速率非常大,3h内吸附基本超过平衡吸附量的80%,这也为实际应用时选择合适的吸附时间提供了依据.表2可知平衡吸附量qe是Mont (43.5mg/g) ＜＜OH/Al-Mont (66.9mg/g) ＜1.0Fe/ Al-Mont (71.2mg/g) ＜1.5OH/ Fe-Mont(74.3mg/g),说明改性蒙脱石极大改善了其对水溶液中Gen的吸附,是去除Gen的良好吸附剂;而实验测试的平衡吸附量为Mont (43.0mg/g)、OH/Al- Mont(65.5mg/g)、1.0Fe/Al-Mont (69.5mg/g)和1.5OH/Fe-Mont(73.3mg/g),实验值略小于拟合值,但是两者十分接近,也说明拟合值与实验值基本一致;另外由表2可知,相关系数r2＞0.97,以上说明蒙脱石和柱撑蒙脱石对Gen的吸附动力学符合准二级动力学模型,而准二级动力学模型包含了吸附外部液膜的扩散、表面吸附和颗粒内部扩散等,因而能更真实全面地反映Gen在多孔的层状蒙脱石上的吸附过程[37].

图6　Mont和柱撑Mont吸附Gen动力学拟合曲线Fig.6　Fitting curve diagram of kinetics of Gen adsorption on pristine and pillared montmorillonite

表2　吸附Gen伪二级动力学方程参数Table 2　Parameters of pseudo-second-order equation for adsorption of Gen

3　结论

3.1羟基铁柱撑在OH/Fe物质的量比小于1.5 时, d(001)随着OH/Fe物质的量比的增大而增大,羟基铁铝柱撑d(001)随着Fe/Al物质的量比的增大而减少;羟基铁和羟基铝主导(Fe/Al≤0.5)柱撑蒙脱石层间距扩增是吸附量增加的主要原因,而当Fe/Al≥1.0时,因羟基铝柱撑Keggin结构被破坏,层间距不再是柱撑蒙脱石吸附量变化的的主导机制; FT-IR分析表明阳离子交换是Gen和铝离子交换进入蒙脱石的主导机制,而羟基铁进入蒙脱石层间域则受离子交换为主的多种机制作用.

3.2柱撑改性后蒙脱石对Gen的吸附量显著提高,且Mont(42.83mg/g) ＜＜ OH/Al-Mont (63.50mg/g) ＜1.5OH/Fe-Mont(70.50mg/g) ＜＜0.025Fe/Al-Mont(87.20mg/g),其中0.025Fe/Al-Mon吸附量最大,约为Mont的2倍.

3.3等温吸附实验数据可以用Langmuir 模型(相关系数r2＞0.84)和Freundlich模型拟合(相关系数r2＞0.93),吸附动力学实验表明Gen的吸附在3小时内超过平衡吸附量的80%,动力学数据符合伪二级动力学方程(r2＞0.97).

3.4柱撑改性蒙脱石和未改性蒙脱石对Gen的吸附量均随着pH值增大而显著增大,当pH值为9时吸附量达最大,是pH值为1时的4～5倍.

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Adsorption behavior of gentamicin on hydroxy-Fe-Al intercalated montmorillonite.

FANG Sheng-qiong1,2, Pan Jin2, LI Xiao1*, WENG Hong-ping2, QIU Ling-feng2(1.School of Chemical Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350116, China；2.School of Environment and Resources, Fuzhou University, Fuzhou 350116, China). China Envrionment Science, 2016,36(3)：778～785

Abstract：Pristine montmorillonite (Mont) samples were used as raw materials to prepare hydroxyl-Fe-pillared Mont (xOH/Fe-Mont, x: molar ratio of OH/Fe), hydroxyl-Al-pillared Mont (OH/Al-Mont) and hydroxyl-Fe-Al-pillared Mont (yFe/Al-Mont, y: molar ratio of Fe/Al) composites for the adsorption of gentamicin (Gen). These composites were comprehensively characterized through X-ray diffraction (XRD) and Fourier transformed infrared (FT-IR) spectroscopy to reveal the adsorption behavior of pristine and modified Mont for Gen. The adsorption capacity of the Mont composites was significantly enhanced after modification, with the adsorption order of pristine Mont (42.83mg/g) ＜＜ OH/Al-Mont (63.50mg/g) ＜ 1.5OH/Fe-Mont (70.50mg/g) ＜＜ 0.025Fe/Al-Mont (87.20mg/g). Specifically, the Mont composites showed the maximum adsorption capacity at pH 9. Furthermore, Freundlich adsorption isotherm model could well fit the experimental data. The pseudo-second-order kinetic model could sufficiently describe the kinetics of Gen adsorption, showing that over 80% of the equilibrium adsorption capacity of Gen can be obtained in 3h. XRD analysis demonstrates that the interlayer expansion in hydroxyl-Fe and hydroxyl-Al dominant (y≤0.5) pillared montmorillonite was the dominant reason for the enhancement of adsorption capacity of Gen. However, this is not a crucial indication for the enhancent in adsorption capacity of hydroxyl-Fe-Al-pillared Mont (y≥1.0). Through the FT-IR analysis, cationic exchange was the dominant mechanism for entering of both Gen and and hydroxyl-Al into the interlayer of hydroxyl-Al Mont.

Key words：montmorillonite；hydroxyl-Fe-Al pillared；gentamicin；adsorption

作者简介：方圣琼(1978-),男,福建武平人,讲师,福州大学博士研究生,主要从事环境功能材料开发及水环境污染治理.发表论文12篇.

基金项目：国家自然科学基金青年科学基金(21303019);福建省自然科学基金(2015J01197)

收稿日期：2015-08-22

中图分类号：X703

文献标识码：A

文章编号：1000-6923(2016)03-0778-08