季铵化木屑纤维素的制备及其对水中苯酚的吸附性能研究_钱晓荣

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图 3 吸附时间对吸附率的影响 F ig . 3 E ffec t of adsorp tion ti m e on adsorption rate 图 1 吸附剂用量对吸附率的影响 F ig . 1 E ffect o f the a m ount o f adso rbten t on adsorption ra te
基金项目 : 江苏省环保科技项目 ( 2006010) ; 盐城工 学院自然科 学研 究项目 ( XKY 2007037 ) 收稿日期 : 2008 - 12- 16 ; 修订日期 : 2009- 02 - 17 作者简介 : 钱晓荣 ( 1969~ ) , 女 , 副教授 , 博士 研究生 , 主要从事 水处 理材料的合成及应用研究工作。 E -m ai:l qxr @ ycit . cn * 通讯联系人 , E-m ai: l w angl@ j m ai.l n just . edu. cn
第 12 期
钱晓荣等 : 季铵化木屑纤维素的制备吸附剂对水溶液中苯酚的平衡吸附量 随浓度的升高而不断增大 , 直至趋于饱和 , 吸附量不 再增加。 采用 L angmu ir 方 程 对 吸 附 等 温 线 数 据进 行 拟合。 L angm uir方程 : Q /Qm = bC / ( 1+ bC ) 改写成线性形式为: C e /Q e = 1 /bQ m + C e /Qm 式中: Qm 达到饱和时的最大吸附量 , m g / g ; 图 4 吸附温度对吸附率的影响 F ig . 4 Effect of adsorption te m pera ture C e 溶液的平衡浓度, m g /L; on adsorption ra te Q e 达到某一平衡状态时的吸附量, m g /g; b 与吸附能力有关的常数 , L /m g。 41 53和 62 30 mg /L 的苯酚溶液 , 以 150 r/m in振荡 分别 以 C 为横 坐标 , C /Q 为纵 坐 标作 图 , 用 90 m in 。测得苯酚浓度对吸附率的影响见图 5 。 L angm uir方程对相关数据进行线性回归处理 , 可拟 合为相应的直线 , 由直线的斜率和截距求得吸附平 衡常数 b ( b 越大 , 吸附剂与吸附质之间吸附能力越 好 ) 和饱和时最大吸附量 Qm , 由实验结果拟合得到 的 L angm uir 吸 附 方 程 为 C e /Q e = 0 2980C e + 0 5736 , 其中 b 为 5 580 L /m g , Qm 为 3 356 m g / g, 2 R 为 0 9941 。 由拟合方程的相关系数可见, 拟合程度较好, 吸 图 5 苯酚浓度对吸附率的影响 附符合 L angm uir等温方程 , 证实了改性木屑纤维素 F ig 5 E ffec t of conce rtration of 对水溶液中苯酚的吸附为单分子层吸附。 pheno l on adsorption rate 由图 5 可知, 随着苯酚浓度的增大, 吸附率也不 断增大 , 表明在实验所研究的浓度范围内 , 苯酚浓度 越高, 吸附率越高。这是因为对于稀溶液来说 , 苯酚 浓度越高, 每一个被吸附的苯酚离子 ( A r O ) 与季铵 化木屑纤维素吸附剂中带正电荷的季铵基团作用的 机会越多, 故吸附率越大。 2 . 6 吸附等温线 于 6 只碘量瓶中分别加入 3 g 季铵化木屑纤维 素吸附剂 , 依 次加 入 100 mL 浓 度 分别 为 50 、 75 、 100 、 125 和 150 m g /L 的苯酚溶液 , 调节 p H至 8 ,以 150 r /m in振荡 90 m in 。根据静态平衡吸附实验测 得的平衡浓度 C e 计算其平衡吸附吸附量 Q e, 得到 苯酚的吸附等温线, 如图 6 所示。
化木屑纤维素吸附剂对水溶液中苯酚的吸附过程存 在化学吸附 , 即在 p H 值为 8 时苯酚以带负电荷的 苯酚离子 ( A rO ) 的形式存在, 而在季铵化木屑纤维 素吸附剂中存在带正电荷的季铵基团, 二者因正、 负 电荷之间的吸引而产生化学吸附。所以静态吸附实 验中 pH 确定为 8。 2 . 3 吸附时间对吸附率的影响 于 5 个碘量瓶中分别加入 3 g 季铵化木屑纤维 素吸附剂和 100 mL 苯酚溶液 ( 57 14 m g /L ), 调节 p H至 8 , 以 150 r /m in 分 别振荡 30 、 60 、90 、 120 和 150 m in 。测得吸附时间对吸附率的影响见图 3 。
Study on preparation of quaternary amm onium wood cellulose and its adsorbing phenol in aqueous solutions
Q ian X iaorong
1 , 2
W ang L ian jun
1
M ao A irong
图 2 p H 对吸附率的影响 F ig . 2 E ffect o f pH on adsorption ra te
2 结果与讨论
2 . 1 吸附剂用量对吸附率的影响 于 5 个碘量瓶中分别加入 1、 2 、 3 、 4 和 5 g 季铵 化木屑纤维素吸附剂 , 然后分别加入 100 m L苯酚溶 液 ( 48 75 m g /L ) , 以 150 r /m in 振荡 1 h 。测得吸附 剂用量对吸附率的影响见图 1 。
1, 2
Zhu Zh ix iang
2
( 1 C ollege of Ch em ical Engineering, N an j ing U n iversity of Science and Technology, N an j ing 210094 , Ch ina; 2 S chool of Ch em ical and B ioengin eer ing , Y ancheng Inst itute of Techn ology, Y ancheng 224003 , Ch in a)
由图 1 可知 , 吸附率随着吸附剂用量增大而增 大 , 当吸附剂用量达到 3 g 后, 吸附率基本稳定。所 以静态实验中吸附剂的用量确定为 3 g。 2 2 pH 值对吸附率的影响 于 5 个碘量瓶中分别加入 3 g 季铵化木屑纤维 素吸附剂和 100 m L 苯酚溶液 ( 63 10 m g /L ), 分别 调节 pH 至 5 、 6 、 7 、 8和 9 , 以 150 r/m in 振荡 1 h 。测 得 p H 值对吸附率的影响见图 2 。 由图 2 可知, 随着 p H 的增大, 吸附率也不断提 高。当 p H 为 8 时, 吸附率最大。当 pH 大于 8 时 , 吸附率趋于稳定。可见, p H 是影响去除率的主要因 素之一 , 在碱性条件下的吸附率要优于酸性条件下 的吸附率, 且 pH 为 8 时 吸附效果最佳。表明季铵
由图 3 可知 , 随着吸附时间的延长, 吸附率不断 增大。当吸附时间达到 90 m in 时后, 吸附率基本稳 定。所以静态吸附实验中吸附时间确定为 90 m in 。 2 4 吸附温度对吸附率的影响 于 6 个碘量瓶中分别加入 3 g 季铵化木屑纤维 素吸附剂和 100 mL 的苯酚溶液 ( 57 14 m g /L ), 调 节 p H至 8 , 通过水浴控制吸附温度分别为 25 、 35 、 45 、 55 、 65 和 75 , 以 150 r /m in 振荡 90 m in 。测得 吸附温度对吸附率的影响见图 4 。 由图 4 可知 , 随着吸附温度的增高, 吸附率反而 下降, 且下降较快。表明吸附温度是影响吸附效果 的主要因素之一 , 且季铵化木屑纤维素吸附剂对水 溶液中苯酚的吸附过程为一放热过程。所以静态实 验中吸附温度确定为 25 。 2 . 5 苯酚初始浓度对吸附率的影响 于 4 个碘量瓶中分别加入 3 g 季铵化木屑纤维 素吸附剂和 100 mL 初始浓度分别为 15 97 、 28 75 、
1 实验部分
1 . 1 仪器与试剂 UV9200型紫外可见分光光 度计 ( 北京瑞利分 析仪器有限公司 ) , HZQ-C 型恒温水浴振荡器 ( 哈尔 滨市东明医疗仪器厂 ) 。
2196
环 境 工 程 学 报
第 3卷
滴加 15 g CTA ( 50% ), 于 35 水浴中反应 2 5 h 。 倒 出产物 , 用盐酸 ( 10 % ) 调节 p H 至中性后抽滤。用 甲醇水溶液 ( 85 % ) 浸泡洗涤并抽滤, 反复 3 次。再 用无水乙醇浸泡洗涤并抽滤 , 反复 3 次。置于 90 干燥箱中干燥至恒重, 即得产品季铵化阳离子纤维 素。 1 . 2 . 2 静态吸附实验 称取 3 g 季铵化阳离子纤维素吸附剂于碘量瓶 中 , 加入 100 m L的苯酚溶液 ( 50 m g /L ) 和 3 g 季铵 化木屑纤维素吸 附剂, 调节 pH 值至 8 , 室温 下 ( 25 ) 于 恒 温水 浴 振 荡 器 中, 以 150 r/m in 振 荡 90 m in 。静置, 测定上层清液中剩余苯酚的浓度。 1 . 2 . 3 苯酚的测定 苯酚的浓 度采用国家标准规定的溴化滴定法 ( 高浓度, 浓度高于 6 m g /L ) 和 4氨基安替比林直接 光度法 ( 低浓度, 浓度低于 6 m g /L )测定。
1 *
冒爱荣
1 , 2
朱志祥
2
( 1 南京理工大学化工学 院 , 南京 210094 ; 2 盐城工学院化学与生物工程学院 , 盐城 224003) 摘 要 以 3氯 -2 羟 丙基三甲基氯化铵 ( CTA ) 为 醚化剂 , 对木 屑纤维 素进行 了改 性。探讨 了改 性木屑 纤维 素用量、 pH 值、 吸附温度、 吸附时 间和苯酚初始浓度等因素对静态 吸附效果 的影响。 结果表 明 , 木 屑纤维 素经改 性后 , 对水中 的苯 酚的吸附过程存在化 学吸附 , 对水中的苯酚的吸附容量得到明显提高。 关键词 季铵化 木屑 苯酚 吸附 中图分类号 O 647 31 文献标识码 A 文章编号 1673-9108( 2009) 12-2195 -03
第 3 卷 第 12 期 2 0 0 9年 1 2月
环境工程学报
Ch in ese Journal of Env iron m enta l Eng ineering
Vo. l 3, N o. 1 2 D ec . 2 0 0 9
季铵化木屑纤维素的制备及其对水中 苯酚的吸附性能研究
钱晓荣
1, 2
王连军
Abstract W ood cellulose w asm odified by 3 -ch lo rin e -2 -hydroxypropy l ch lorid e ( CTA ) as eth erizing agen. t The effects of th e am ount o f quaternary amm on ium wood ce llu lo se , pH, the adso rpt io n tem perature , the adsorp t io n ti m e and th e initial concentration of pheno l on adso rpt ion efic ie ncy of pheno l in aqueous so lutions w ere d is cussed . T he resu lts show ed that after the w ood cellu lose w asm odified , the chem ica l adsorptio n ex isted in the ad sorpt io n progress for pheno l in aqueous solutions , and its adsorption capac ity for pheno l in aqueous so lu t io ns w as obv iously i m proved . K ey w ord s quaterm ary amm on iation ; w ood cellu lose ; pheno; l adsorpt io n 含酚废水是一种来源广、 数量多、 浓度高、 环境 危害大的水污染源, 也是我国水污染控制中急需解 决的重点问题之一。对于含酚废水的治理技术有生 [ 1] [ 2] [ 3] [ 4] 化法 、 萃取法 、 氧化法 和电解法 等, 这些方 法虽简单易行, 但都有一定的局限性与缺点。而吸 附法处理含酚废水具有能耗低、 处理效果较高、 使用 方便等优点 , 近年来到了广泛的重视。在常用的吸 附剂中 , 活性炭虽然具有吸附效率高的优点, 但由于 其使用成本高, 从而在实际运用中受到了限制。木 屑是伴随木材加工产生的, 价格低廉 , 来源丰富 , 木 屑纤维素经季铵化改性后 , 对水溶液中的苯酚具有 优良的吸附性能 , 可以达到 以废治废 的目的, 具 有良好的应用前景。 苯酚、 氢氧化钠、 盐酸、 异戊醇、 无水甲醇、 无水 乙 醇 均 为 分 析 纯, 3 -氯-2 羟 丙基三甲 基氯化铵 ( CTA, 质 量浓 度 为 50 % ) , 实 验 用 水为 无 酚 去离 子水。 1 . 2 实验方法 [ 5] 1 . 2 . 1 木屑纤维素的接枝改性 在室温下, 用 NaOH 溶液 ( 30 % ) 对木屑进行碱化 处理 1 h , 再用无酚水反复洗涤 , 抽滤。将碱化木屑于 90 干燥箱中干燥至恒重, 即得碱性木屑纤维素。 称取 10 g 经碱化预处理的木屑纤维素于装有 电动搅拌器和回流冷凝管的三口烧瓶中 , 加入 100 mL 异丙醇 , 搅拌下滴加 9 mL NaOH 溶液 ( 30 % ), 再
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