改性膨潤土對松香酸的吸附研究

林 濤， 任建曉， 王茹楠， 殷學(xué)風(fēng)， 李 雪

(陜西科技大學(xué) 輕工與能源學(xué)院， 陜西 西安 710021)

0 引言

膠粘物問題已經(jīng)成為當(dāng)今造紙行業(yè)急需解決的棘手難題[10-13]，本實(shí)驗(yàn)以松香酸作為模擬膠粘物，探討膨潤土用量、松香酸濃度、吸附時間、吸附溫度對吸附松香酸的影響，從而得出吸附松香酸的最佳條件.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

天然膨潤土取自遼寧建平,經(jīng)過破碎、研磨，提純精制過200目.所用膨潤土的物理性質(zhì)為膨脹容10.4 mL·g-1、膠質(zhì)價96.3 mL·15 g-1、pH為8.6、吸藍(lán)量為37.6 g·100 g-1、陽離子交換量為36.5 mmoL·100 g-1.XRD圖譜如圖1所示，從中可以看出，原礦的主要成分為蒙脫石，雜質(zhì)礦物也比較簡單，主要為石英、云母、長石等.另外，原礦的特征峰d(001)值為1.582 53 nm，而且峰形尖銳，峰腳較窄，是典型的鈣基膨潤土特征.

圖1 建平天然膨潤土的XRD圖

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

電子分析天平(BS210S)、恒溫水浴鍋(HH-S2s)、恒溫鼓風(fēng)干燥器(TDR-9070A)、X-射線衍射儀(日本理學(xué)公司 D/max 2200PC)、可見分光光度計(jì)(722N)、離心機(jī)(DC-HJY03)等.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 有機(jī)膨潤土的制備

天然膨潤土取自遼寧建平，經(jīng)過破碎、研磨，提純精制過200目，得到提純土.稱取已提純過的膨潤土30 g，放置于燒杯中，加入600 mL蒸餾水，配成5%的礦漿濃度，然后將Li2CO3與H2C2O4的混合溶液(比值為0.8)倒入燒杯中，在恒溫水浴鍋中(80 ℃)加熱攪拌1.5 h，控制溶液體系的pH在7～8之間，然后用蒸餾水多次洗滌得到的漿液，烘干，研磨過200目，得到鋰基膨潤土.稱取一定量的鋰基膨潤土直接用4%的硅烷偶聯(lián)劑KH550進(jìn)行有機(jī)改性，多次洗滌得到的漿液，烘干、研磨過200目，得到有機(jī)膨潤土.

1.3.2 對松香酸的吸附

取666.7 mg松香酸溶于含有312.5 mg 85%KOH的無水乙醇中，然后用無水乙醇稀釋到250 mL，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的松香酸-乙醇溶液[14].

Research on the Number of Mill in 660 MW Super-critical Unit of “W” Flame Furnace DUAN Yuyan,LI Weike,FAN Xiaoru,WU Afeng,HUO Peiqiang(127)

將10 mL不同濃度的松香酸分散液與一定量的改性膨潤土混合，經(jīng)過一段時間后，以3 000 r/min離心30 min[15].

未吸附的松香酸分散在離心分離的上清液中，用722型可見分光光度計(jì)測定其在350 nm處的吸光度.將標(biāo)準(zhǔn)松香酸濃度c0與其吸光度值A(chǔ)進(jìn)行線性回歸分析，得到濃度與吸光度之間的線性方程.由此關(guān)系可得，實(shí)驗(yàn)中所測吸光度A即為上清液中松香酸的濃度.

松香酸濃度與吸光度之間的關(guān)系可以寫為：c=X+Y·A(c為松香酸濃度，A為吸光度值，X和Y為系數(shù))

膨潤土吸附量計(jì)算：Γ=V(c0-c)/m

膠粘物去除率計(jì)算：η=(c0-c)/c0×100%

式中：Γ—單位質(zhì)量膨潤土吸附膠粘物的量，mg/g；c0，c—吸附前和吸附平衡后溶液中膠粘物的濃度，mg/L；V—吸附實(shí)驗(yàn)中溶液總體積，本實(shí)驗(yàn)為10 mL；m—膨潤土的質(zhì)量，mg；η—膠粘物去除率.

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的確定

用移液管移取一定量的5 000 mg/L的松香酸分散液于容量瓶中，加稀釋液稀釋到特定容積，配制的標(biāo)準(zhǔn)濃度分別為：100 mg/L、200 mg/L、300 mg/L、400 mg/L、500 mg/L的松香酸溶液，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示.

圖2 松香酸溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線

由圖2可知，松香酸溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線為c=286.31A+9.342 3，R2=0.991 8.故可通過用分光光度法測松香酸濃度，間接測膨潤土吸附量.

2.2 吸附松香酸影響因素的研究

2.2.1 改性膨潤土用量對吸附松香酸的影響

在反應(yīng)時間60 min，反應(yīng)溫度60 ℃，松香酸濃度500 mg/L條件下，改變膨潤土用量進(jìn)行吸附松香酸的研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3、圖4所示.

圖3 膨潤土用量對松香酸吸附量的影響

圖4 膨潤土用量對松香酸去除率的影響

由圖3、圖4可以看出，膨潤土用量低于450 mg/L時有機(jī)膨潤土吸附性能優(yōu)于提純土，膨潤土用量高于450 mg/L時，提純土的吸附性能優(yōu)于有機(jī)膨潤土的吸附性能.膨潤土用量越大，不論是有機(jī)膨潤土還是提純土的吸附量均下降，這是因?yàn)楫?dāng)膨潤土用量達(dá)到450 mg/L時，膨潤土已經(jīng)達(dá)到吸附飽和，溶液中的松香酸大部分已經(jīng)被膨潤土吸附.

從圖中還可以看出，膨潤土用量的增加會使得松香酸的去除率隨之增大，但其增長趨勢逐漸減弱，這與一般吸附研究規(guī)律相符合.膨潤土用量的增加，即增大了整個體系的吸附空間和吸附容量；但從反應(yīng)動力學(xué)來看，其增長率必然減小，也就是說，當(dāng)膨潤土中所吸附的松香酸過多則必然導(dǎo)致吸附的松香酸從膨潤土中解析出來，轉(zhuǎn)移到溶液中.總體來說有機(jī)膨潤土增大趨勢不如提純土明顯，膨潤土用量增大500 mg/L，有機(jī)膨潤土的松香酸去除率增加10%，而提純土的增加了20%.因此，提純土的用量對松香酸去除率影響較有機(jī)膨潤土的大.一味地增加膨潤土的用量必將導(dǎo)致浪費(fèi)，同時吸附量會隨之減少，也就等于變相地將膨潤土吸附性能的利用率降低.因此,必須綜合考慮這兩個量之間的關(guān)系，選擇一個合適的膨潤土用量.結(jié)合這兩個圖，選擇有機(jī)膨潤土吸附松香酸時用量為400 mg/L，此時，有機(jī)膨潤土的吸附效果優(yōu)于提純土，既有較高的吸附量，又有較大的松香酸去除率.

2.2.2 松香酸濃度對吸附松香酸的影響

在反應(yīng)時間60 min，反應(yīng)溫度60 ℃，膨潤土用量為400 mg/L條件下，改變松香酸濃度進(jìn)行吸附松香酸的研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5、圖6所示.

圖5 松香酸濃度對松香酸吸附量的影響

圖6 松香酸濃度對其去除率的影響

由圖5、圖6實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，提純土的吸附量隨松香酸濃度增大而增大，在松香酸濃度低于500 mg/L時，有機(jī)膨潤土的吸附量均隨松香酸濃度的增大而增大，濃度高于500 mg/L時，有機(jī)膨潤土的吸附量下降；而松香酸濃度增大，松香酸的去除率都下降.松香酸濃度增大增加了膨潤土的吸附機(jī)會，但是高濃度不利于液相中的離子向固相中轉(zhuǎn)移，松香酸濃度低于500 mg/L時，前者的影響大于后者，有機(jī)膨潤土吸附量增大，超過500 mg/L時，后者影響更大，吸附量下降.在一定范圍內(nèi)，松香酸濃度增大，膨潤土吸附量增大，而松香酸去除率下降，這是由于松香酸濃度增大的趨勢比膨潤土吸附量增大的趨勢大.由這兩個圖可以發(fā)現(xiàn)，在相同的松香酸濃度下，有機(jī)膨潤土的吸附量和松香酸去除率均高于提純土.根據(jù)這兩個圖，選擇松香酸濃度為500 mg/L，此條件使得有機(jī)膨潤土有很大的吸附量，松香酸去除率也較高，而且松香酸濃度也較高，減少稀釋水用量，相應(yīng)減少膨潤土用量.

2.2.3 溫度對吸附松香酸的影響

在反應(yīng)時間60 min，松香酸濃度為500 mg/L，膨潤土用量為400 mg/L條件下，改變吸附溫度進(jìn)行吸附松香酸的研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7、圖8所示.

圖7 溫度對松香酸吸附量的影響

圖8 吸附溫度對松香酸去除率的影響

由圖7、圖8可以看出，隨著溫度的升高，松香酸吸附量在不斷增加，當(dāng)超過60 ℃時，有機(jī)膨潤土吸附量幾乎無變化；而提純土的吸附量隨溫度升高而增大.當(dāng)溫度低于60 ℃，溫度升高，有利于膨潤土在溶液中的分散，且布朗運(yùn)動加劇，增大了膨潤土與松香酸的有效碰撞機(jī)會.超過60 ℃，溫度幾乎不再影響有機(jī)膨潤土的吸附效果，而繼續(xù)影響提純土的分散效果和運(yùn)動狀態(tài).選擇60 ℃作為有機(jī)膨潤土吸附松香酸的溫度.在60 ℃時，有機(jī)膨潤土的吸附量超過400 mg/g，松香酸去除率達(dá)到63%，而要達(dá)到這種效果，在同樣條件下，提純土的吸附溫度必須超過80 ℃.

2.2.4 時間對吸附松香酸的影響

在反應(yīng)溫度為60 ℃，松香酸濃度為500 mg/L，膨潤土用量為400 mg/L的條件下，改變吸附時間進(jìn)行吸附松香酸的研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9、圖10所示.

圖9 時間對松香酸吸附量的影響

圖10 吸附時間對松香酸去除率的影響

由圖9、圖10可以看出松香酸的去除率和膨潤土吸附量有相同的趨勢，開始階段膨潤土吸附量升高較快，在接觸反應(yīng)一段時間后，其吸附量基本處于平衡.有機(jī)膨潤土吸附時間在60 min左右就達(dá)到吸附平衡，而提純土吸附時間為2 h時才會達(dá)到吸附平衡.同樣的吸附時間，有機(jī)膨潤土的吸附量高于提純土.因此有機(jī)膨潤土吸附松香酸時必須保證充分的固液接觸時間，選擇有機(jī)膨潤土的吸附時間為60 min.

3 結(jié)束語

(1)有機(jī)膨潤土的吸附松香酸的最佳條件為反應(yīng)時間60 min，反應(yīng)溫度60 ℃，膠粘物濃度500 mg/L，膨潤土用量400 mg/L.

(2)在最佳條件下，松香酸吸附量可以達(dá)到400 mg/g以上，松香酸去除率達(dá)到60%以上.

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