微晶纖維素對(duì)苯酚吸附行為的探究*

侯人月，賀 燕，李成吾，劉艷輝

（沈陽(yáng)理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)110168）

微晶纖維素對(duì)苯酚吸附行為的探究*

侯人月，賀 燕，李成吾，劉艷輝

（沈陽(yáng)理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)110168）

采用水浴振蕩法研究微晶纖維素對(duì)苯酚的吸附行為，分別考察了pH值，時(shí)間，溫度和微晶纖維素溶脹處理前后對(duì)吸附過(guò)程的影響。結(jié)果表明，pH=7時(shí)，吸附率最大為42%；吸附時(shí)間為4h，吸附達(dá)到平衡。微晶纖維素對(duì)苯酚的吸附，受溫度影響較小。溶脹后的微晶纖維素對(duì)苯酚吸附效果明顯好于未溶脹的微晶纖維素。

微晶纖維素；苯酚；吸附

前言

微晶纖維素是由天然纖維素經(jīng)無(wú)機(jī)酸水解到達(dá)極限聚合度的極細(xì)微的白色棒狀或無(wú)定型結(jié)晶粉末[1,2],是多羥基化合物，具有吸附性，常作為藥物的吸附劑。而苯酚是生產(chǎn)樹(shù)脂、殺菌劑、防腐劑以及藥物的重要原料。涂料、農(nóng)藥、高分子樹(shù)脂生產(chǎn)企業(yè)以及石化工業(yè)將產(chǎn)生大量的苯酚廢水[3]。由于苯酚具有高毒性和致癌性,嚴(yán)重危害人體健康,對(duì)環(huán)境也會(huì)造成嚴(yán)重的污染，因此苯酚廢水的處理備受關(guān)注。本文利用微晶纖維素吸附苯酚，探究pH值、時(shí)間、溫度以及苯酚的初始濃度和微晶纖維素的分子鏈狀態(tài)對(duì)苯酚吸附的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料與試劑

微晶纖維素（實(shí)驗(yàn)室自制）；苯酚，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；鹽酸，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；氨水，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；氯化銨，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；鐵氰化鉀，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；4-氨基安替比林，天津市大茂化學(xué)試劑廠；實(shí)驗(yàn)室用水均為去離子水。

1.2 儀器與設(shè)備

水浴恒溫振蕩器，SHA-BA，上海巨納科技有限公司；防水筆型pH計(jì)，PHscan10L，上海般特儀器有限公司；可見(jiàn)分光光度計(jì)，V-5800，上海元析儀器有限公司。

1.3 微晶纖維素的預(yù)處理

將10g微晶纖維素放入18%的NaOH溶液中在超聲振蕩下溶脹1.5h，再加入無(wú)水乙醇，將溶于NaOH溶液中的微晶纖維素析出，洗滌抽濾，直到濾液為中性，將半干燥的溶脹的微晶纖維素置于二甲基亞砜中，超聲振動(dòng)2h后，在100℃烘干后備用。

1.4 微晶纖維素對(duì)苯酚的吸附試驗(yàn)

稱(chēng)取一定量微晶纖維素加入50mL一定濃度的苯酚溶液中，用NaHCO3調(diào)節(jié)pH值，在一定溫度下恒溫振蕩一定時(shí)間，靜止后，取上清液，測(cè)其吸光度，根據(jù)苯酚標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算吸附后的濃度，進(jìn)而計(jì)算吸附量及吸附率。

1.5 測(cè)試方法

水溶液中苯酚濃度采用4-氨基安替比林分光光度法測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 苯酚標(biāo)準(zhǔn)曲線

可見(jiàn)分光光度計(jì)的波長(zhǎng)定為510nm，用2cm比色皿，以水為參比，測(cè)量苯酚濃度分別為0.0、0.1、0.2、0.6、1.0、1.4、2.0mg/L的吸光度,以苯酚濃度為橫坐標(biāo),吸光度為縱坐標(biāo),繪制苯酚標(biāo)準(zhǔn)濃度曲線如圖1所示。

圖1 苯酚標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 The standard curve of phenol

標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程相關(guān)系數(shù)R=0.9999，苯酚標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為：Y=0.02335+0.18256X

式中：Y為吸光度

X為苯酚濃度（mg/g）

2.2 pH值對(duì)吸附效果的影響

取初始濃度為0.5mg/L的苯酚溶液，加入0.5g微晶纖維素，在20℃下反應(yīng)4h，考察不同pH值對(duì)吸附效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2所示。

圖2 pH值對(duì)苯酚吸附量的影響Fig.2 The effect of pH value on the adsorption capacity for phenol

由圖2可見(jiàn)，當(dāng)pH值在3.0～9.0的范圍內(nèi)時(shí)，吸附率隨著pH值的增加先增大后減小，在pH值為7.0時(shí)吸附率為42%，達(dá)到最高。因?yàn)樵趐H值小于7時(shí)，水分子與氫離子易產(chǎn)生H3O+結(jié)構(gòu)，它的極性遠(yuǎn)比苯酚強(qiáng)，故其更易于在纖維素上發(fā)生吸附，導(dǎo)致苯酚吸附點(diǎn)被占據(jù)，使得吸附率隨氫離子濃度的降低而增大；而當(dāng)pH值大于7時(shí)，纖維素上部分電離的羥基與電離的苯酚均帶有負(fù)電荷，它們之間相互排斥，故吸附率也下降；因此，pH值=7.0時(shí)，吸附效果最好。

2.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)吸附效果的影響

根據(jù)前面pH值對(duì)吸附影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇7.0為合適的pH值，向一組含有0.5g微晶纖維素的三角瓶中加入0.5mg/L的苯酚溶液50mL，在20℃下恒溫振蕩，經(jīng)不同時(shí)間吸附后取上清液，測(cè)吸光度，計(jì)算吸附量并找出吸附平衡時(shí)間。

圖3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)吸附效果的影響Fig.3 The effect of reaction time on the adsorption rate

圖3為反應(yīng)時(shí)間對(duì)苯酚吸附效果的影響，可以看出在1～2h內(nèi)為快速吸附階段，吸附率由14.1%增長(zhǎng)到26.2%，吸附初期，微晶纖維素對(duì)苯酚的吸附主要發(fā)生在分子表面和孔內(nèi)表面，因此，吸附率增加很快。2～4h為慢速吸附階段，吸附率隨時(shí)間緩慢增加到30.5%，在吸附后期，吸附受擴(kuò)散控制，主要發(fā)生在微晶纖維素深孔內(nèi)界面，吸附不容易進(jìn)行，故吸附速率增加減緩，4h以后為吸附平衡階段，隨著時(shí)間的增加，吸附率基本不變。

2.4 反應(yīng)溫度對(duì)吸附效果的影響

配置pH值為7.0，濃度分別為100mg/L、200mg/L、300mg/L、400mg/L、500mg/L的苯酚溶液，將0.5g微晶纖維素加入到配好的苯酚溶液中，恒溫振蕩4h，取其澄清液測(cè)吸光度，計(jì)算吸附量。

圖4為溫度對(duì)微晶纖維素吸附苯酚的影響，由圖4可知，不同溫度所作的等溫吸附曲線大致呈線性，證明無(wú)化學(xué)吸附，尤其是溫度越高，曲線的線性越強(qiáng)烈，可知苯酚在微晶纖維素上的吸附基本為物理吸附；此外，不同溫度下的吸附量很接近，說(shuō)明溫度對(duì)纖維素吸附在20～60℃影響并不顯著。

圖4 溫度對(duì)苯酚吸附量的影響Fig.4 The effect of temperature on the adsorption capacity for phenol

2.5 微晶纖維素溶脹改性前后對(duì)吸附效果的影響

配置2組pH值為7.0，濃度分別為100mg/L、200mg/L、300mg/L、400mg/L、500mg/L的苯酚溶液，將0.5g溶脹與未溶脹的的微晶纖維素分別加入到配好的苯酚溶液中，20℃恒溫振蕩4h，取其澄清液測(cè)吸光度，計(jì)算吸附量。

由圖5可以看出，溶脹后的纖維素吸附效果明顯優(yōu)于未溶脹的纖維素，因?yàn)槲⒕Юw維素經(jīng)NaOH溶液溶脹后，分子間由水分子取代，在干燥時(shí)，水分子同纖維素共同結(jié)晶，但二甲基亞砜對(duì)水分子的吸收力更為強(qiáng)烈，因此可以利用該性質(zhì)替換掉纖維素分子間的水分子，從而使纖維素處于溶脹狀態(tài)。溶脹后的纖維素不僅表面積增加，而且露出的活性羥基更多，因此可以大大提高對(duì)苯酚的吸附量。

圖5 溶脹與未溶脹的微晶纖維素對(duì)苯酚吸附量的影響Fig.5 The adsorption amount of phenol adsorbed by the microcrystalline cellulose before and after swelling treatment

3 結(jié) 論

（1）未經(jīng)溶脹的纖維素在pH=7時(shí)吸附效果好，4h達(dá)到吸附平衡，吸附受溫度影響較小，吸附過(guò)程為物理吸附。

（2）經(jīng)過(guò)溶脹處理后的微晶纖維素對(duì)苯酚吸附效果明顯好于未經(jīng)溶脹的微晶纖維素。

［1］ 李明皓，徐開(kāi)俊，阮攀，等.微晶纖維素的合成［J］.廣東化工，2013，4：13～14.

［2］ 何耀良，廖小新，黃科林，等.微晶纖維素的研究進(jìn)展［J］.化工技術(shù)與開(kāi)發(fā)，2010，1：12～16.

［3］ 律曉鑫，陳凱，張鳳.淺談含苯酚廢水的處理［J］.化學(xué)教學(xué)，2012，8：75～77.

Study on the Adsorption Behavior of Phenol on Microcrystalline Cellulose

HOU Ren-yue,HE Yan,LI Cheng-wu and LIU Yan-hui
（College of Material Science and Engineering,Shenyang Ligong University,Shenyang 110168,China）

The adsorption of phenol by microcrystalline cellulose was studied with the water bath succussion method.The effects of pH value, time,temperature and swelling treatment for microcrystalline cellulose on the adsorption progress were investigated.The experimental results showed that the adsorption rate reached the maximum(42%)when pH=7;the adsorption would achieve balance when the adsorption time is 4 hours;the temperature has slight effect on the adsorption of phenol by microcrystalline cellulose;and the microcrystalline cellulose after swelling treatment would have an obviously better adsorption effect than the untreated one.

Microcrystalline cellulose;phenol;adsorption

TQ424.25

A

1001-0017（2015）06-0403-03

2015-09-08 *基金項(xiàng)目：沈陽(yáng)市科技局項(xiàng)目：含硫螯合型纖維素制備技術(shù)合作研究（編號(hào)：F15-173-6-00）

侯人月（1989-），女，黑龍江七臺(tái)河人，在讀碩士生，主要從事功能材料制備的研究。