目前，我国大部分油田进入了二次、三次采油期，大多采用注水开发方式，这样造成采出液中的含水量高，有的甚至可达90％[1]。若采出水未经处理直接排放，将造成严重的环境污染，同时也是对水资源的极大浪费。因此要对油田污水进行适当的处理，使采出水达到二次采油回注水或国家排放要求是当今急需解决的问题。
根据油类物质在水中的存在形式及特征，含油废水的处理方法有很多[2－4]，如吸附法、电化学法、絮凝法、混凝－超滤等。膨润土是以蒙脱石为主要成分的黏土矿物[5]，由于它具有特殊的吸水性、水塑性、粘结性以及较强的离子交换性，可以从水中吸附油类，是一种很好的含油废水净化剂。本实验以悬浮法制备的钠化膨润土为材料，溶解油为目标污染物，研究溶解油在钠化膨润土上的吸附行为，通过控制吸附过程中的主要影响因素，对吸附过程中的化学行为进行分析，确定最佳的工艺参数，为工程实际应用提供理论依据。
一、实验部分
（一）试剂和仪器
膨润土，上海四赫维化工有限公司生产；正己烷，碳酸钠，氢氧化钠，盐酸等均为分析纯。
FU•HUA型恒温磁力搅拌器；低速台式离心机；pHS－2C型酸度计；THZ－82型气浴恒温振荡器；UV－9200型紫外/可见分光光度计，日本岛津公司XRD－6000型X射线粉末衍射仪。
（二）钠化膨润土的制备[6]
称取40g天然膨润土矿粉，按25％比例加入Na2CO3溶液制成泥浆，调节浆液的pH值为9，加热，温度控制在90℃左右，搅拌反应4h。待反应完成后，分出部分钠基土胶液，烘干，研磨过100目筛，制得钠化膨润土。
（三）膨润土基本性能测试
分别对钠化膨润土和原土分析测试阳离子交换量（CEC）、膨胀倍数、胶质价、吸蓝量，XRD结构性能分析，具体方法参见文献[6]。
（四）含油废水的配置
参考Tolls[7]等测定烷烃类物质溶解度的实验装置，首先加入超纯水（电阻率≥18MΩ•cm），再滴加一薄层的35#柴油铺于水相上，在磁力搅拌下溶解，调节磁力搅拌的速度使漩涡的深度小于2cm，以阻止小液滴的形成，48h后溶解达到平衡，分液，待用。
（五）吸附实验称
取一定量的钠化膨润土于具塞玻璃离心管中，加入50mL已知浓度的油溶液，用旋帽加以密封，外面包一层铝箔，振荡器上恒温振荡直至吸附平衡，在设定的实验条件下，混合溶液以3000r/rain转速离心20min，上清液以正己烷萃取后，用紫外分光光度仪在225nm处测定其吸光度，计算吸附量和除油率。
二、结果与讨论
（一）钠化膨润土的性能测试
1、钠化膨润土的基本性能：原膨润土和钠化膨润土的基本性能，见表1。表1结果表明，膨润土经钠化改性后，阳离子交换量（CEC）、膨胀倍和吸蓝量分别提高了1.175倍、4.218倍和1.75倍，而胶质价约为原土的四分之一，即钠化膨润土的阳离子交换性、膨胀性和水介质中的分散性有显著地提高。这表明膨润土经钠化改性后，表面性质和层间结构发生改变，将会提高其吸附选择性和吸附性能[8]。
2、钠化膨润土的X射线衍射分析（XRD）：膨润土X射线衍射（XRD）分析结果见图l。膨润土原土的层间距为1.527 nm，相当于蒙脱石结构层（0.961nm）与二层吸附水分子厚度之和，表明此原土为钙基膨润土[9]。钠化改性后，主衍射峰位向大角度方向偏移，底面间距减小到1.241nm。说明原钙基膨润土层间域中的钙阳离子己经被水化半径更小的钠离子置换，钙基膨润土被改性为钠基膨润土[10]。
（二）钠化膨润土吸附含油废水的试验
1、投加量对吸附效果的影响：在温度为20℃、吸附时间为60min及含油废水浓度为156mg/L的情况下，膨润土用量分别为lg/L、2g/L、3g/L、4g/L、5g/L、6g/L，做吸附试验，试验结果见图2。从图2可看出，随着投加量的增加，吸附效果明显增强，当投加量为3.0g/L时的吸附效果达到55％左右，但当再继续增加投加量时，吸附基本达到饱和，除油率基本不变吸附负载量开始下降。随着膨润土用量的增加，膨润土的阳离子交换总量也增加，同时膨润土表面的负电性减少，正电性增加，吸附除油效果提高幅度较大，而当达到饱和阳离子交换量时，吸附去油的效果基本保持不变，要想达到较好的吸附效果，必须选择合适的膨润土用量，使之最大限度地提高去除率和吸附负载量，因此选择合适的膨润土用量为2.5g/L。
2、吸附时间对吸附效果的影响：在吸附剂用量为2.5g/L、含油废水浓度为156mg/L、溶液初始pH值为7.0及温度为20℃的情况下，改变吸附时间，做一组吸附实验，实验结果见图3。
从图3可看出，钠化膨润土对油的吸附随着吸附时间的延长其吸附效果一直呈上升趋势，直至最后达到饱和阶段。吸附时间为60min时，溶液中油的去除率为58.4％；吸附时间超过60min后，吸附效果变化不大，几乎趋近饱和阶段，表明此时的吸附已呈平衡状态。产生这种现象的原因可能是，最初的快速吸附是一种表面作用，吸附速率比较快；随后的缓慢吸附是有机污染物向膨润土内部孔隙迁移扩散的过程，吸附速率比较缓慢。
3、溶液pH值对吸附效果的影响：在温度20℃、膨润土用量2.5g/L、吸附时间60mm及含油废水浓度156mg/L的情况下，改变溶液的pH值，做吸附试验，试验结果见图4。
从图4可看出，随着溶液初始pH值的增加，钠化膨润土对油的吸附率增加。在pH值5.04时，吸油率最大；当溶液pH＞5．04时，吸油率明显呈下降趋势。分析原因可能是因为：在强酸性条件下，H+能中和油粒子表面的负电荷层，破坏了其稳定性，增强了除油效果；在弱酸性条件下，H+在一定程度上能与层间的钠离子发生交换反应[9]，改变了自身的性质，影响了除油效果。
4、吸附等温曲线：在温度为1～30℃，测定不同平衡浓度时，油在改性膨润土和原土中的吸附量，得到等温吸附曲线。图5为在20℃时，2种膨润土的等温吸附曲线。随着油的平衡浓度的增大，平衡吸附量增加，且钠化改性膨润土吸附量明显高于原土。
分别用Langmuir和Freundlich等温公式对所测等温曲线进行回归处理，回归得出的Langmuir和Freundlich等温方程参数见表2。
由表2中的席可知，回归结果呈良好的线性，表明Langmuir等温方程和Freundlich等温方程都能很好地描述膨润土对油的吸附。最大吸附量Q0、吸附常数KF等与吸附量有关的常数都随着吸附温度的升高而减小，n值大于1，说明了油在膨润土上的吸附容易进行。
三、结论
（一）悬浮法制备的钠化膨润土，各种表征数据表明，钠离子已经进入膨润土的层间结构，且层间距发生了改变，有利于吸附性能的提高。
（二）利用单因素实验考察了钠化膨润土吸附含油废水的各种因素对吸附效率的影响，确定最佳的吸附条件为：吸附剂用量2.5g/L，pH值在5左右，吸附时间为60min。
（三）平衡吸附量Q与平衡浓度C之间的关系符合Fretmdlich和Langmuir等温吸附方程。
参考文献
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