高沸醇木质素吸附苯酚研究

高沸醇木质素吸附苯酚研究

林 超刘英强黎先发

(西南科技大学生命科学与工程学院,绵阳,621000)

摘 要

研究了搅拌时间、苯酚初始浓度、溶液pH值、温度等因素对高沸醇木质素吸附苯酚吸附性能的影响,并与工业碱木质素对苯酚吸附性能进行了比较。结果表明:高沸醇木质素对苯酚的吸附随时间的延长在25min左右趋于稳定,苯酚初始浓度越高,吸附量越大;随pH值升高,吸附量降低,升高温度对吸附苯酚不利。在初始搅拌阶段,高沸醇木质素与碱木质素对苯酚的吸附性能差异不明显,但随吸附时间延长,高沸醇木质素对苯酚的吸附能力与碱木质素相比明显提高;在相同苯酚初始浓度下,随苯酚初始浓度的提高,高沸醇木质素对苯酚的吸附量比碱木质素的吸附量约高一倍。

关键词:高沸醇木质素 苯酚 吸附

1 概述

在植物界中,木质素是产量仅次于纤维素的天然高分子物质,是最为丰富的、能从可再生资源中取得的多酚化合物,估算全世界每年约可产生600万亿吨,并且无毒、价廉,是化学化工生产原料的丰富资源。但作为世界上最复杂的天然聚合物之一,木质素的结构与纤维素和蛋白质相比缺少重复单元间的规则性和有序性。木质素是由苯基丙烷单元通过醚键和碳-碳键联接而成的高分子化合物,它具有甲氧基、羟基和羰基等多种功能基,兼具可再生性、可完全生物降解性、无毒等优点[1]。

高沸醇木质素是利用高沸点有机溶剂(如高沸点的醇)在适量的催化剂并加热的条件下,让植物原料中的纤维素与木质素,高沸点的醇循环利用。利用高沸点有机溶剂提纯的木质素纯度较高,分子量分散度小,应用价值高[2,3]。

酚类化合物是产生环境污染的一类重要化合物,来源于炼油、炼焦、煤气洗涤、造纸、化工等工业废水和废弃物。当水中酚含量在每毫升0.3毫克以上时,可引起生物逃逸。国内外学者利用多种吸附剂去除水中的酚,其中活性炭的效果最佳,但其价格昂贵,难以推广应用。利用木质素多酚类结构特点,经过分子设计制得的高沸醇木质素衍生物可以用于苯酚的吸附,这将为清除工业污水中的苯酚,为环境保护提供新材料,同时将扩大高沸醇木质素的应用领域[4]。

2 材料与方法

2.1 原料与仪器

2.1.1 实验材料

工业碱木质素(山东省沂源县雪梅纸业有限公司提供);

苯酚(化学纯,成都科龙化工试剂厂提供);

高沸醇木质素(南平森茂精细化工助剂有限公司生产)。

2.1.2 实验仪器

DF-2型集热式磁力搅拌器(江苏省金坛市医疗仪器厂制造);

PH S-3B型精密pH计(上海雷磁仪器厂制造);

低速离心机(长沙平凡仪器仪表厂制造);

754紫外分光光度计(上海天普分析仪器有限

公司)。2.2 实验方法

2.3.1 实验中吸收峰的确定

pH 值=10.0 0.2的介质中,在铁氰化钾的存在下,不同浓度的酚类化合物与4-氨基安替比林(4-AAP)反应,生成橙红色的吲哚酚安替比林染料,其紫外光谱如图1所示,在510nm 波长处有最大吸

收。

图1 酚类化合物与4-氨基安替比林反应生成物的紫外光谱

2.3.2 标准曲线的绘制

在9支50mL 容量瓶中分别加入0 0、1 00、3 00、5 00、7 00、10 00、12 00、15 00、18 00m L 浓度为10 g/m L 的苯酚标准液,用水稀释至刻度。加0.5m L 缓冲溶液,混匀。此时pH 值为10.0 0.2,加4-氨基安替比林溶液1.0mL,混匀。再加1.0mL 铁氰化钾溶液,充分混匀后,放置10m in,立即在510nm 波长处,以蒸馏水为参比,用2cm 比色皿,测量吸光度,记录数据,经空白校正后,绘制吸光度对苯酚含量( g/m L)的标准曲线。2.3.3 吸附实验

取250mL 的碘量瓶,分为A 、B 两组。分别在每个瓶中放入一定量的高沸醇木质素粉末。然后在每瓶中分别加入苯酚使用液,加塞密封并摇匀后,分两批放入恒温水浴锅,在一定温度下进行搅拌,搅拌反应后取出,静置30min 后,在低速离心机上离心,离心完毕后移出上清液于比色管中,加入0.5mL 缓冲溶液、1.0mL 4-氨基安替比林(4-AAP)、1.0mL 8%高铁氰化钾溶液,摇匀,10min 后以蒸馏水为参比,用2cm 比色皿,在510nm 下测量吸光度,

记录数据,并计算出苯酚的平衡浓度。

3结果与讨论

计算吸附量(Q)公式

e = 1 n Q =

( 0- e ) V

W 1000

式中:

0 起始浓度, g/mL; e 平衡浓度, g/m L;

1 在标准曲线上查得的测量浓度, g /m l;n 溶液的稀释倍数;

V 吸附实验中所加苯酚溶液的体积,mL;W 吸附实验所加高沸醇木质素的量,g ;Q 苯酚在高沸醇木质素上的吸附量,mg/g 。3.1 不同条件下高沸醇木质素对苯酚的吸附3.1.1 搅拌时间对吸附量的影响

搅拌时间对高沸醇木质素苯酚吸附的影响如图2所示。

可以看出,在吸附反应的初始阶段,随着搅拌时间的增加,高沸醇木质素对苯酚吸附量增大,到25m in 以后,吸附量变化不大,表明木质素吸附苯酚达到饱和。

图2 搅拌时间对吸附量的影响

3.1.2 初始浓度对吸附的影响

25 时不同初始浓度对高沸醇木质素苯酚吸附的影响见图3所示,可以看出,苯酚在高沸醇木质素上的吸附量随初始浓度的升高而升高。这可能是由于苯酚在较高浓度下,苯酚基与木质素的甲氧基、羟基和羰基等官能团存在较强的相互作用使吸附类型

发生改变。

图3

苯酚初始浓度对苯酚吸附量的影响

3.1.3 温度对吸附量的影响

考察两种温度下对不同初始浓度对高沸醇木质素苯酚吸附的影响,结果见图4

所示。

图4温度对苯酚吸附量的影响

Peternele 等[4]的研究表明,对于液-固吸附体系,在考察温度对吸附的影响时,除了考虑温度效应外,还应考虑由温度引起的吸附物溶解度变化而产生的吸附效应。吸附物的溶解度越大,其吸附量越小。对高沸醇木质素吸附苯酚而言,温度必然对其产生影响。40 时,高沸醇木质素对苯酚吸附量高于同初始浓度下在60 的苯酚吸附量,表明温度升高,不利于高沸醇木质素对苯酚的吸附。3.1.4 酸碱度对吸附量的影响

pH 值对高沸醇木质素苯酚吸附的影响见表5所示。

不同pH 值条件对高沸醇木质素吸附苯酚也存

在较大影响。实验结果如图5所示。可以看出,随

着pH 值的增加,苯酚的吸附量减小。这主要是由于苯酚(pKa=9.95)属于弱酸性离子化合物,在一定的pH 值范围内发生部分离子化,水溶液中存在有离子和非离子两种形态,当pH 值降低时,溶液中H +浓度增加,化合物非离子形态所占比例相对增大,而非离子形态具有较高的疏水性,与离子形态相比更容易被高沸醇木质素所吸附;而当pH 值达11时,苯酚几乎全部呈离子状态,致使平衡吸附量大大降低,此外高沸醇木质素含有的甲氧基、羟基和羰基等多种功能基,苯酚基可能能够与这些基团存在一

定强度的相互作用,苯酚基在不同的pH 值的不同离解程度可能导致高沸醇对苯酚吸附性能的重大变化。

图525 、初始苯酚浓度50ug /ml 条件下pH 值对苯酚吸附量的影响

3.2 两种木质素对苯酚的吸附性能比较3.2.1 搅拌时间对两种木质素吸附量的影响

搅拌时间对普通碱木质素苯酚吸附的影响见图6所示。

图6搅拌时间对高沸醇木质素和

碱木质素的苯酚吸附量的影响