泡沫分离法分离水中纳米二氧化钛

ｎ 波 长下 测量其 吸 光度 ， ｍ 并计 算 Ｔ Ｏ ｉ 的质量 浓度 与起始 质 量浓度 的 比值．
２ 结 果 与 讨 论
２ １ 十 六 烷 基 氯 化 吡 啶 的 选 择 及 其 质 量 浓 度 、 Ｈ 值 对 Ｔｉ 分 离效 果 的 影 响 ． ｐ Ｏ
本研 究 采用 氯化 十六烷 基 吡啶 （ Ｎｃ ） 为吸 附剂 和起泡 剂 ， 水 中发生 如下 反应 ： Ｒ １作 在
∞ ∞ 如
目前 国 内报道很 少 ．
本 文采 用泡 沫 分离技 术 从水 中分 离纳 米 Ｔｉ Ｏ 颗粒 ， 研究 了阳离 子表 面活性 剂 的用 量 、 液 ｐ 溶 液 溶 Ｈ、 离 子强 度 和气体 流 量等 条件 对分 离效 果 的影 响 ， 旨在 为悬 浮 型光 催 化反 应 器 的进 一 步研 究 和 应用 提 供 依
性 剂的 浓度 、 Ｈ、 ｐ 离子 强度 和 气流速 度 对纳 米二 氧化钛 分 离率的影 响 ， 到 其适 宜 的分 离条 件 得 如下： ＲＮＣ 的质 量浓度 为 ０ ３ ／ Ｐ 为 １ ． ， ｌ ． ５ｇ Ｌ， Ｈ ０ ２ 气流速 度 为 ８ ／ ｎ 在 此 条件 下纳 米二 ３ｍＬ ｍｉ，
通 入气 泡 时 ， Ｎ Ｒ 与 ｎ Ｏ Ｔｉ 的复合 物 就会 定 向排 列 在 气一 液界 面 ， 气 泡表 面吸 附 ， 在 浮 力作 用 下 与 气 被 并 泡 一起 被带 到液 面形 成泡 沫层 ， 而 达到分 离 Ｔｉ 的 目的． 从 Ｏ。
溶 液 的 ｐ 值对分 离效 果影 响较 大 ， 是 由于分 离体 系 中除 了 Ｒ １ Ｈ 这 ＮＣ 的电离 以及 Ｒ 与 ｎ Ｏｚ的结 Ｎ Ｔｉ 合外 ， 发 生如下 反应 ： 还
ＲＮ ＋ Ｏ Ｈ 一— ＲＮＯＨ （ ２）
上 述反 应 的发生 降低 了体 系 中 ＲＮ 的浓 度 ， 而也 降低 了 Ｔ Ｏ 从 ｉ 的分离 效率 ． 在溶 液 ｐ 保持 不 变 的 Ｈ 情 况下 ， Ｏ Ｔｉ 的吸 附量 取决 于 Ｒ １ ＮＣ 的质量 浓度 ， ＮＣ 的质 量 浓度 低 时 吸 附量 小 ， Ｒ Ｉ 量浓 度 的 Ｒ １ 随 ＮＣ 质
结 果与 上述 分析 一致 ． 但是 ， Ｒ 当 ＮＣｌ 质量 浓度 高 于 ０ ２ ／ ， Ｈ 值越 大 ， Ｏ。 ． ７ｇ Ｉ时 ｐ Ｔｉ 分离 率越 高． 面 活性 表 剂 ＲＮＣ 是 阳离 子表 面活 性剂 ， １ 为强 电解 质 ， 溶液 中会 电离 出带 正 电荷 的 ＲＮ 当 ＲＮＣ 质量 浓度 高于 在 ， ｌ ０ ２ ／ ， Ｈ 增 加对 于 溶液 中 ＲＮ ． ７ｇ Ｉ 时 ｐ 的量 影 响不 大 ， 种情 况 下 分离 率 的 主要 影 响 因 素为 表 面活 性 剂 这 的浓度． 另外 ， 相对 而 言 ｐ 值越 大 ， Ｈ 越有利 于增 加 Ｔ Ｏ ｉ 表面 的负 电荷 ， 致 Ｔ Ｏ 导 ｉ 分 离率 增加 ． 从 图 ２ ｂ 中可 以看 出 ， （） 分离 回收 液的体 积 与表 面活性剂 的浓度 和溶液 的 ｐ 值有 关 ， ｐ 值 和表 面 Ｈ 当 Ｈ 活性剂 质量 浓度较 高 时 ， 离 回收液 的体 积较 大． 验证 明使用 阳离 子表 面活 性剂 Ｒ １ ， 分 实 ＮＣ 时 只有 Ｔｉ 表 （ ）
图 １ 实验 装 置 图 波 长下 测其 吸光 度．
将 上述 的混合 液倒 入分 离塔 ， 用 气体 流 量 计将 供 气泵 的空 气 流速 调 整 为 ８ ／ ｎ 所 有 的实 验 利 ３ｍＬ ｍｉ． 都 在室 温下 进行 ． 当有 泡沫 流 出时 ， 向收集 器 中喷洒无 水 乙醇消 泡 ．待 泡 沫不 再 流 出时 关 闭 供气 泵 ， 量 测 分离 回收液 的体 积 ， 量取 等体 积清 水加 入 到 原待 分 离 的混 合 液 中 ， 清水 为 参 比液 ， 适 量 样 品在 ６ ０ 并 以 取 ５
第 ４期
张 璐 璐 等 ： 沫 分 离 法 分 离 水 中纳 米 二 氧 化 钛 泡
・３ ・
面带 负 电荷 （ 浮液 ｐ 在 ６ ２以上 ） 悬 Ｈ ． 时分 离率 最 大 ， 在这 种情 况 下 ， ＮＣ 只通 过库 仑 相互 作 用 吸 附表 面 Ｒ １
带 有 负 电荷 且 具有 疏水 性 的 Ｔ Ｏ ． 面 活性剂 的 质 量浓 度 高 ， 成 的泡 沫 多 ， 带 的溶 液 多 ， 而分 离 ｉ 表 形 夹 因
璃管 ， 塔底 装 有砂板 制成 的气 体分 布器．
１ ３ 实 验 方 法 ．
研究 中采 用清 水代 替污水 配 制 Ｔｉ Ｏ。悬 浮液 ， 采 用 阳离 子 表 面活 性 剂 十 并
气体
阀 门
六烷 基氯 化毗 啶 （ ＲＮＣ ） 吸附剂 和起 泡剂 ． 确称 量 一定 量 的 Ｔｉ 加入 清 水 １为 精 Ｏ 中， 制成 Ｔｉ 悬浮 液 ； 制一定 质 量浓 度 的 ＲＮ １ 液 ， 取 ４ ０ ｍＩ于 １０ ０ ０ 配 Ｃ溶 量 ５ ０ ｍＬ的烧 杯 中 ， 吸取 １ ＯｍＬ制备 好 的 Ｔｉ 悬 浮 液 ， 入 到 Ｒ １ 液 中； 别 Ｏ。 加 ＮＣ 溶 分 用氢 氧化 钠或 盐酸 和氯 化钠调 整 ｐ 值 和离子 强度 ， Ｈ 之后 取适 量样 品在 ６ ０ｎ ５ ｍ
增 加 吸附量 急剧增 加 ， ＲＮＣ 质 量浓 度大 到一 定程 度时 ， Ｔｉ 但 ｌ 因 Ｏ 几乎全 被 吸附分 离 ， 其分 离效率 达 到最 大， 因此 继续 增加 表 面活性 剂浓 度分 离效率 增 加非 常缓慢 ． 当溶 液 中 ＲＮＣ 浓 度一 定 时 ， （ １ Ｔｉ 的吸 附量 取 ）
由于反应物传质的影响负载型光催化剂的效率通常不如悬浮型的tio2若将固定化光催化剂改为悬浮型的tio2则其光催化效率将至少增加10倍但是从悬浮液中分离回收tio2是一个很困难的过程泡沫分离法是利用分离体系溶液中存在的表面活性物质或能与表面活性物质相结合的物质在鼓泡时吸附于泡沫表面而对目标物质进行分离的技术
据．
１ 实 验 部 分
１ １ 试 剂 和 仪 器 ．
Ｔｉ 锐钛 矿 ， Ｏ ， 实验 室 自制 （ 径在 ２ ＂ ３ ｍ） Ｎａ １化 学 纯 ， 津市 恒 兴化 学试 剂 制造 有 限 公 司 ； 粒 ０－ ０ ｎ ； Ｃ ， － 天 十六烷 基氯 化 吡 啶（ Ｃ ） 化 学 纯 ， ＲＮ １ ， 国药 集 团化 学 试 剂有 限公 司 ； 酸 ， 析 纯 ， 津 大 茂 化 学 试 剂 厂 ； 盐 分 天
氧 化钛 的分 离率最 大为 ９． ７ ． ２ ９
关键 词 ： 氧化钛 ；泡 沫分 离 ； 面活性 剂 二 表
中图法 分类 号 ：ＴＱ ２ ． ｏ８８ 文 献标 识码 ： Ａ
０ 引 言
近年 来 ， 用 多相 光 催 化 技 术 处 理 污 水 得 到 了广 泛 的 关 注 ． 常 用 的各 种 光 催 化 剂 中 ， 氧 化 钛 利 在 二 （ Ｏ 由于光 敏程 度 高 、 本低 等诸 多优 点 ， Ｔｉ ） 成 成为 最受 重视 和具 有广 阔应 用前 景 的光 催化 剂 ． 光催 化 降 在 解 过程 中 ， Ｏ Ｔｉ 在反 应器 中的存在 形式 主要 可 以分 为 两类 ： 浮 型 和 负 载 型＿ ． 悬 １ 由于反 应 物 传质 的影 响 ， ］ 负载 型光 催化 剂 的效率 通 常不如 悬 浮型 的 Ｔ Ｏ： 若将 固定 化光 催 化剂 改为 悬浮 型 的 Ｔｉ ， 其 光催 化 效 ｉ ， Ｏ。则 率 将 至少 增加 １ ０倍 ， 是从 悬 浮液 中分 离 回收 Ｔ ｏ 但 ｉ 是 一个 很 困难 的过程 Ｉ ． ２ ］ 泡 沫 分离法 是 利用 分离 体 系（ 液 ） 溶 中存 在 的表面 活性 物 质 ， 能与 表 面 活性 物 质相 结 合 的 物质 在 鼓 或 泡 时 吸 附于泡 沫表 面而 对 目标物 质 进行 分离 的技 术口 ． 种方 法 具 有 能耗 低 、 备 简单 、 以连续 进 行 操 ］这 设 可 作 、 资小 、 用 于体 系中微 量 成分 分 离 等 优 点 ． Ｏ世 纪 ５ 投 可 ２ ０年 代 末 以来 ， 国外 对 该 技 术 进 行 了大 量 的研
酸度计 （ ＨＳ４ ） 成都 方舟 电子 仪器 厂 ； ５ Ｐ ｐ 一Ｃ ， ７ ６ Ｃ型紫外 分光 光度 计 ， 海光 谱仪 器有 限公 司． 上
１ ２ 实验 装 置 ．
图 １为泡 沫分离 装 置示 意图 ， 分 离 塔 为 内径 ３Ｃ Ｉ长 度 ４ ｍ 的有 机 玻 该 Ｉ、 Ｔ ０ｃ
决于 ｐ 值 的大 小 ， Ｈ 随着 ｐ 值 的增 大 ， Ｈ ＯＨ一 的浓 度增 大 ， ＯＨ一 合 的 ＲＮ 与 结 的量增 加 ， 附量 减 少 ． 吸 图 ２给 出 了 Ｒ １ ＮＣ 的质 量浓 度和 ｐ 值 对泡沫 分离 的影 响． ２显示 ， ＮＣ 质量 浓度低 于 ０ ２ ／ ， Ｈ 图 Ｒ １ ． ５ｇ ｉ时 实验
ＲＮＣｌ— ＲＮ ＋ Ｃ１ 一 （ １）
Ｔｉ 表 面分 布着羟 基基 团 ， 有 负电荷 ［ 十 六烷基 氯化 吡 啶电离 出 的 Ｒ 会 与 ｎ ｉ 结合 ， 成 Ｏ。 带 １ ， Ｎ ＴＯ 形
复合物 ， ｌ 而
＋ 是亲水基 ， 可深入水 中， Ｈ。Ｃ Ｃ （Ｈ ） 一是憎水基 ， 被水排斥伸出水面处于空气中． 当
究［ ， 至 ２ ２ ］直 “ ０世纪 ８ ０年 代末 ， 国才 有一 些这 方 面的 报道 ， 主要集 中在 两个 方 面 ： 我 且 一是 非表 面活 性剂
物 质 的分 离． 技术 被广 泛 地用 于工 业污 水 中铜 、 、 等离 子 的分离 回收 以及 海水 中铀 、 等 的富集 和原 该 铁 汞 铝 子能 工业 中含 放射 性 元 素 的废 水处 理 ［ 妇； 是 表 面 活性 物 质 的分 离 以及 各种 天 然或 合 成 表 面活性 剂 的 ８ 二 。 分离 ， 如合 成洗 涤 剂 、 肽 、 白质 、 的分 离 Ｌ ． 多 蛋 酶 １ 。 纳米 Ｔ Ｏ。 催化 污 水 处 理 系统 中 Ｔｉ 含 量 低 ， 粒 ｉ 光 Ｏ 颗 小 ， 沉淀 分离 、 滤 、 心 等方法 难 度大 ， 用 过 离 而泡 沫分 离 法能够 很好 地分 离 水 中的纳 米 Ｔｉ ， Ｏ。 这方 面 的研 究
泡 沫 分 离 法 分 离 水 中 纳 米 二 氧 化 钛
张 璐 璐 ，杨 辉 ，陈 斌
（ 西 科 技 大 学 生 命 科 学 与工 程 学 院 ， 西 西 安 ７０ ２ ） 陕 陕 １ ， 采 以十 六烷 基 氯 化 吡 啶 （ ＮＣ ）做 表 面 活性 剂 ， 别研 究 了表 面活 Ｒ １ 分
№ ．４
陕 西 科 技 大 学 学 报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｓ ＨＡＡＮＸＩＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ ＣＩ Ｉ ＯＦ Ｓ ＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ａ ｕｇ ０１ ．２ １
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ＶｏＩ ９ ．２
ｌ・
文 章 编 号 ：０ ０５ １ （０ １０ —０ １０ １０ —８ １ ２ １ ）４０ ０ —４
＊
收 稿 日期 ：０ １０ —４ ２ １—５２ 作 者 简 介 ： 璐 璐 （９ ４ ， ， 张 １ ８ 一） 女 山东 省 德 州 市 人 ， 读 硕 士 生 ， 究 方 向 ： 米 材 料 的 制 备 及 应 用 在 研 纳
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２ ・
陕 西 科 技 大 学 学 报
第２ ９卷
Ｎ ＯＨ， ａ 分析 纯 ， 天津红 岩化 学试 剂厂 ．
回收 液体 积大 ． Ｈ 值 较高 的情 况下 ， Ｏ ｐ Ｔｉ 分离 率 高 ， 吸附 于气泡 表 面的表 面活性 剂 Ｔｉ Ｏｚ复合 物 多 ， 加 增
＼ 了气 泡 的厚度 和稳 定性 ， 簪艇 撂 分 离时 回收液体 积 大． ＼ 豫鼹 拳 蟮 疆 ¨ ＿ ＿
∞ ∞∞ ∞如 蛐∞ 埘