表面吸附性能

[align=center][b]阴离子表面活性剂改性膨润土对铜离子吸附性能优化[/b][/align]摘要：研究阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠等三种阴离子表面活性剂有机改性膨润土。通过改变改性膨润土的量，反应的温度，pH，时间等条件研究最佳的吸附条件。实验结果表明：十二烷基磺酸钠改性的膨润土在投土量0.2g、温度60℃、pH为7，反应20min，吸附性能最好，铜离子的去除率可以达到95%以上。关键词：阴离子表面活性剂；改性；钠基膨润土；铜离子；吸附在我国，膨润土具有储量大、价格低廉等优点，另外由于其具有比表面积大、吸附性能好等特点，使得其在污水处理行业具有极大的应用。文章利用三种阴离子表面将膨润土进行改性，然后研究其对于模拟废水中铜离子的吸附性能，争取使其在污水处理中得到广泛的应用。一、实验部分（一）实验材料1.实验药品钠基膨润土、硝酸银、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、氨水、盐酸，以上试剂均为分析纯。2.仪器设备分析天平（BSA124S)、磁力搅拌器（H03-B）、真空干燥箱（DZF-6050）、高速离心机（TDL-5MC）、[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]分光光度计（TAS990），其他玻璃器皿。（二）实验步骤1.铜标准溶液的配置称取0.9820g 硫酸铜溶入去离子水中，加入 5 滴浓硫酸冷却后移入 250 ml容量瓶，用蒸馏水定容得 1000 mg/L的铜标准储备液。2.膨润土改性实验（1）称取5.0g钠基膨润土与200ml去离子水混合，电磁搅拌（油浴60℃）6h。（2）用盐酸调节pH搅拌3h，再加入2g十二烷基苯磺酸钠，恒温反应搅拌3h。（3）自然冷却后取出，离心分离，用乙醇洗涤3次后于80度的烘箱烘干，研磨。3.吸附性能实验实验主要是通过控制变量法进行的，主要探究了改性剂种类，投土量，吸附时间，温度，pH等变量对吸附实验的影响，进行了下面的5组实验。（1）三种改性剂对铜离子的吸附在相同条件下，温度为60℃，pH=7，分边取3只锥形瓶加入0.20g改好的膨润土，在加入50ml浓度为100mg/l的铜溶液在60℃下反应30min，边反应。边搅拌。反应结束后，取3种不同阴离子表面活性剂改性的膨润土吸附完成的溶液，离心机离心20min。离心结束后去上清液2ml于100ml的容量瓶中，定溶。然后用[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]测定铜的浓度。（2）投土量对铜离子的吸附分边取0.05g，0.10g，0.15g，0.20g，0.25g改性好的膨润土。加入到100ml的锥形瓶中，在加入50ml的100mg/l的铜溶液。反应于60℃下，pH=7的条件下进行，反应时间为30min边反应边搅拌。反应结束后，对反应液进行离心，在离心机中离心20min。取离心后的上清液2ml于100ml的容量瓶中定溶。（3）吸附时间对铜离子的吸附取5组0.20g改性好的膨润土加入到5个100ml的锥形瓶中，在加入50ml的100mg/l的铜溶液。反应于60℃下，pH=7的条件下进行。反应时间分别是5min，10min，20min，30min，40min，边反应边搅拌。反应结束后，对反应液进行离心，在离心机中离心20min。取离心后的上清液2ml于100ml的容量瓶中定溶。（4）吸附温度对铜离子的吸附取5组0.20g改性好的膨润土加入到5个100ml的锥形瓶中，在加入50ml的100mg/l的铜溶液，反应于pH=7，温度分别为20，40，50，60，80℃的条件下反应30min边反应边搅拌。反应结束后，对反应液进行离心，在离心机中离心20min。取离心后的上清液2ml于100ml的容量瓶中定溶。（5）吸附pH对铜离子的吸附 取5组0.20g改性好的膨润土加入到5个100ml的锥形瓶中，在加入50ml的100mg/l的铜溶液。反应在温度为60℃下pH分别为5，6，7，8，9的条件下反应30min边反应边搅拌。反应结束后，对反应液进行离心，在离心机中离心20min。取离心后的上清液2ml于100ml的容量瓶中定溶。然后用[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]测定铜的浓度，由数据得出最佳吸附pH。三、结果与讨论（一） 膨润土的有机化结构表征1.红外吸收光谱[img=,552,408]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/07/201907261119104813_1592_2352694_3.png!w552x408.jpg[/img]在图3-1中1040 cm[sup]-1[/sup]和1203.4 cm[sup]-1[/sup]处为十二烷基磺酸钠的磺酸基团的特征吸收峰，在2850.8 cm[sup]-1[/sup]和2919.8 cm[sup]-1[/sup]处为十二烷基磺酸钠的C-H的伸缩振动峰，峰面积尖锐且大表明了十二烷基磺酸钠插入到膨润土层间，说明改性膨润土是成功的。2.扫描电镜[img=,483,350]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/07/201907261121088453_7873_2352694_3.png!w483x350.jpg[/img][align=center]图3-2 原膨润土扫描电镜[/align][img=,485,349]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/07/201907261121332653_7205_2352694_3.png!w485x349.jpg[/img][align=center]图3-3 十二烷基磺酸钠改性膨润土扫描电镜[/align]从上2图中可以看到改性后的膨润土形态发生了较大的变化，原土有较强的吸水性。但改性后膨润土层间距变大，表明十二烷基磺酸钠成功插入到膨润土层间，吸附性能大大提高。（二）Cu标准工作曲线的绘制铜溶液标准曲线的制作：取5组配置的浓度为0.20，0.40，0.60，0.80，1.00mg/l的铜溶液。用[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]测定吸光度，以吸光度为纵坐标，浓度为横坐标建立曲线。[img=,561,263]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/07/201907261122293718_1035_2352694_3.png!w561x263.jpg[/img]（三）数据分析与讨论1.不同改性剂改性膨润土对铜离子的吸附性能研究由图可知（1十二烷基磺酸钠、2十二烷基苯磺酸钠、3十二烷基硫酸钠）十二烷基磺酸钠改性的膨润土的去除效果明显好于其他两种改性剂改性膨润土。[img=,569,277]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/07/201907261122594363_678_2352694_3.png!w569x277.jpg[/img]2.投土量对铜离子吸附性能的影响控制搅拌温度60℃、吸附作用时间60min，考察改性膨润土用量对改性膨润土吸附能力的影响，结果见图8。由图8可以看出随着用量的增加，对Cu[sup]2+[/sup]的去除率先增加后有所减小，当投加量为4g/L时，去除率达到最大。其原因可能是膨润土投加过量，导致有效吸附面积（膨润土颗粒与被吸附溶液的接触面积）减小，吸附能力下降。[img=,570,272]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/07/201907261123384883_7289_2352694_3.png!w570x272.jpg[/img]3.吸附时间对Cu[sup]2+[/sup]吸附的影响控制搅拌温度60℃、膨润土投加量为4g/L，考察吸附时间对改性膨润土吸附能力的影响，结果见图9。由图9可以看出随着吸附时间的增加，对Cu2+的去除率先增加后基本保持不变，在实际作业可选择吸附时间为20min，此时吸附达到饱和，去除率达到最大。[img=,563,279]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/07/201907261124250743_8881_2352694_3.png!w563x279.jpg[/img]4.搅拌温度对Cu[sup]2+[/sup]吸附的影响控制吸附时间60min、膨润土投加量为4g/L，考察搅拌温度对改性膨润土吸附能力的影响，结果见图10。由图10可以看出随着搅拌温度的增加，对Cu2+的去除率先也随之增加，当搅拌温度为60℃时去除效果达到最佳；当搅拌时间大于60℃后，吸附效果反而下降，若在增加温度反而不利于吸附的进行，因此可将60℃作为最佳吸附温度。[img=,564,279]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/07/201907261124549773_3887_2352694_3.png!w564x279.jpg[/img]5.溶液pH对Cu[sup]2+[/sup]吸附的影响控制搅拌温度60℃、吸附时间60min、膨润土投加量为4g/L，考察溶液pH对改性膨润土吸附能力的影响，结果见图11。由图11可以看出随着溶液pH的增大，对Cu2+的去除率先也随之增加，这是由于在碱性条件下Cu2+与OH-结合生成Cu(OH)[sub]2[/sub]沉淀，使铜离子去除率显著增大。[img=,577,277]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/07/201907261125399383_6429_2352694_3.png!w577x277.jpg[/img]结论本文用利用十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠等三种阴离子表面活性剂改性膨润土，改变膨润土中的微化学环境，使其吸附性能得到很大的改进。探究改性的膨润土在不同温度、pH、吸附时间等因素下对铜离子的的吸附性能。通过实验可得：经阴离子表面活性剂改性过后的膨润土对铜离子的吸附均达到了较好的效果，比较好的吸附条件是采用十二烷基磺酸钠进行改性，改性膨润土投加量0.2g，吸附温度和吸附时间分别为60℃、20min,在此条件下铜离子的去除率达到了95%以上。

转载声明：本论文版权归原作者所有，转载仅作为学术交流使用，如有侵权可删除本转载，但不承担其他责任吸附剂Tenax-TA和活性炭对空气中苯的吸附性能比较朱小红，潘 红，马二琴，康怡平（上海市建设工程质量检测中心 浦东分中心，上海201209）摘要 ：分别采用吸附剂为Tenax-TA和活性炭的吸附管模拟现场采集室内环境空气，了解Tenax-TA和活性炭对空气中苯的吸附性能。当Tenax-TA吸附剂以0.5L/min的流量采集10L空气时，苯存在漏出现象。说明空气中苯的采集不宜用Tenax-TA吸附剂替代活性炭吸附剂。关键词 ：吸附剂 ；Tenax-TA ； 活性碳 ； 漏出中图分类号：O656 文献标识码：B 文章编号：1004-1672(2006)05-0012-02Comparison of Adsorptive Capacity of Benzene in Air between Tenax TA Adsorbent and Activated Carbon / Zhu Xiaohong et al // Shanghai Construction Engineering Quality Testing CenterAbstract: Through simulated sampling of the ambient air indoors with adsorption tube filled with Tenax TA adsorbent andactivated carbon respectively，adsorptive capacity of benzene in air from Tenax TA adsorbent or activated carbon could befound out. If 10 liter of air was sampled with Tenax TA adsorbent at a flow of 0.5L/min, benzene would leak out whichindicated that Tenax TA adsorbent was not suitable for sampling of benzene in the air instead of activated carbon.Key Words: adsorbent; Tenax TA; activated carbon; leakTenax-TA是一种多孔高分子聚合物，化学名为2,6- 二苯基对苯醚，具有良好的耐温性(极低流失性)，对碳6以上的烃类具有良好的吸附性和热解吸性，被广泛应用于有机挥发物和半挥发物的吸附，在GB 50325-2001《民用建筑工程室内环境污染控制规范》中TVOC吸附管所采用的吸附剂就是Tenax-TA。活性炭亦是一种非常优良的吸附剂，它具有物理吸附和化学吸附的双重特性，对于非极性有机物有强的保留性，常温下适合采集蒸气态有机物，最常用的是椰子壳活性碳。在GB 11737-1989《居住区大气中苯、甲苯、二甲苯卫生检验标准方法气相色谱法》中苯吸附管所采用的吸附剂就是椰子壳活性炭本文通过试验比较吸附剂Tenax-TA和活性炭对空气中苯的吸附性能。1 试验部分1.1 仪器与试剂空气采样泵：Gilair-3型，流量范围：0.005~0.5 L/min，±5%恒流；空气流量校正器：Cilibrator-2 型，流量范围：0.02~6 L/min，一级皂泡式；气相色谱仪：GC6890型和GC122型 ；热解吸仪装置：ULTRATD+UNITY型和RJ-Ⅲ型 ；Tenax-TA吸附管 ：不锈钢管(内填200 mg 的60～80 目Tenax-TA吸附剂) ；活性炭吸附管：玻璃管(内填100 mg椰子壳活性炭) ；温湿度计：TES1360型 ；大气压力表。标气-氮气中苯系物(BTX/N2) ；高纯氮。1.2 吸附管的活化填装好的吸附管在使用前需在高温下(TenaxTA 吸附管320℃，活性炭吸附管350℃)通高纯氮活化至少30 min，活化好的吸附管立即密封，保存在洁净的干燥器中。1.3 Tenax-TA吸附剂对空气中苯的吸附性能的试验(1) 基准管的制备。将Tenax-TA吸附管与恒流采样泵的采气口连接，以100 mL/min的流量抽取BTX/N2标气，每支Tenax-TA 吸附管含苯0.886 g，取下后密封，作为基准管待用。(2) 样品管的制备。在温度为23.6℃，大气压为101.6 kPa，相对湿度为45.0%RH的试验室环境条件下，模拟现场空气采样，将基准管用硅橡胶管与恒流采样泵连接，以0.5 L/min的流量分别抽取3L、4L、5L、6L和10L的高纯氮(3) 热解吸和气相色谱分析条件。采用TenaxTA 吸附/ 二次热解吸/ 毛细管气相色谱法的热解吸和气相色谱分析系统。ULTRA TD+UNITY热解吸仪和自动进样器各参数 解吸温度300℃，解吸时间6 min，冷阱低温-10℃；气相色谱分析条件按GB50325-2001《民用建筑工程室内环境污染控制规范》附录E 中规定的执行，采用程序升温，即初始温度 50℃保持 10 min，升温速率 5℃/min， 终止温度 250℃，恒温5 min。(4) 所有基准管和样品管的试验均做两次平行样试验。1.4 活性炭吸附剂对空气中苯的吸附性能的试验(1) 基准管的制备。 方法同1.3.1， 每支活性炭吸附管的苯含量为2.110 m g。(2) 样品管的制备。 在温度为16.0℃， 大气压为102.6 kPa， 相对湿度为60.0%RH的试验室环境条件下， 模拟现场空气采样， 将基准管用硅橡胶管与恒流采样泵连接， 以0.5 L/min 的流量抽取10 L 高纯氮。(3) 热解吸和气相色谱分析条件。 采用热解吸和填充柱气相色谱分析条件。 解吸温度350℃， 解吸时间 10 min ； 色谱条件进样口温度150℃， 检测器温度 150℃，炉温 90℃恒温。(4) 所有基准管和样品管的试验均做6次平行样试验。2 试验结果2.1 Tenax-TA吸附剂对空气中苯的吸附性能结果试验结果以回收率表示， 即不同采气体积的样品管与不采样的基准管进行峰面积比较， 峰面积的值取两个平行试验的均值。试验结果见表 1http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/04/201504241124_543386_2206495_3.jpg由表 1 可看出：当采样体积大于 4 L 时，苯的回收率出现下降趋势， 尤其是采样体积达到10 L 时，苯的回收率明显下降，仅相当于基准管的 60% 活性炭吸附剂对空气中苯的吸附性能结果试验结果同样以回收率表示， 即采样体积为10L 时的样品管与不采样的基准管进行峰面积比较，峰面积的值取六个平行试验的均值。 试验结果证明，用活性炭管吸附苯，其回收率达到 95% 以上。3 分析与讨论3.1固体吸附剂采样原理本试验中的采样属于固体吸附剂富集采样， 其采样过程类似色谱法中的样品前处理分析， 空气作为一个混合样品穿过吸附柱， 空气中氧、 氮和二氧化碳由于它们的吸附性弱且含量高首先流出， 一些吸附性强些的组分留在吸附剂上。 采样开始时， 空气中多数组分都滞留在吸附剂进气端， 随着抽过空气体积的增加， 被吸附的各组分向前推进， 由于各组分的吸附性能存在差异， 各组分间拉开距离， 一些吸附性小的组分先流出。3.2讨论与建议从试验数据可看出， 当以 0.5 L/min 的采样流量，用不同的采样体积通过内含 200 mg Tenax-TA吸附剂的吸附管， Tenax-TA吸附剂对空气中苯的保留能力显著不同， 采样体积从3 L变化到10 L， 回收率从 101.69% 下降到 60.09%。同样的采样条件，当采样体积为 10L 时，活性炭对苯的回收率大于95%，而 Tenax-TA 对苯的回收率只有 60%。一般来说， 用固体吸附剂采样当流出气中某组分浓度是流入气浓度的 5% 时则认为有漏出。 也就是说， TenaxTA吸附剂应用于苯的采样过程中时， 若以0.5 L/min的采样流量，采样体积为 10 L，苯会有漏出现象；而用同样的采样条件， 活性炭吸附剂应用于苯的采样， 则未发生漏出现象。 尽管吸附管的吸附能力和吸附剂与被吸附组分的性质、采样流量、温度、湿度、浓度和共存物等等有关，但是，其中的主要原因是 Tenax-TA 比活性炭对苯的吸附能力要弱。现行国家标准 GB 50325-2001 《民用建筑工程室内环境污染控制规范》 中规定， 空气中苯的采样采用活性炭吸附剂，TVOC 的采样采用 Tenax-TA 吸附剂。由于在 TVOC 的检测中，其中包含了苯的检测，为了省时省力，有些检测单位就以 TVOC 测定中的苯含量替代苯的检测，即对苯和 TVOC 的检测只做 TVOC 的检测，苯的数据就直接 TVOC 中报出。试验证明， 这种做法是不科学的， 因为在Tenax-TA吸附剂对苯的采样过程中，苯会有漏出现象发生，最终造成得到的 TVOC 测定中的苯含量结果会偏低。据此，笔者认为对于空气中苯的采样，其吸附剂不能用 Tenax-TA 替代活性炭。参考文献： GB50325-2001, 民用建筑工程室内环境污染控制规范