CTAB修飾的沉積物對(duì)對(duì)甲酚的吸附研究

王佳慧，朱紫悠，于海洋，任柏年

（上海工程技術(shù)大學(xué)，上海200000）

CTAB修飾的沉積物對(duì)對(duì)甲酚的吸附研究

王佳慧，朱紫悠，于海洋，任柏年

（上海工程技術(shù)大學(xué)，上海200000）

酚類化合物為一種水污染源，對(duì)人類和水體生物有毒害。因此，研究水體中沉積物對(duì)酚類化合物的吸附作用有著極其重要的意義?；诖?，開(kāi)展試驗(yàn)初步探討pH、有機(jī)質(zhì)含量和不同離子對(duì)CTAB修飾的沉積物對(duì)對(duì)甲酚的吸附影響。結(jié)果表明：對(duì)甲酚在2種CTAB修飾后的沉積物上的吸附量隨著對(duì)甲酚濃度的升高逐漸減小，100m g/L時(shí)吸附量達(dá)到平衡狀態(tài)；在試驗(yàn)范圍內(nèi)，這兩種沉積物對(duì)于對(duì)甲酚在20h時(shí)吸附效果較好；在酸性和中性環(huán)境中，對(duì)甲酚在2種CTAB修飾后的沉積物上的吸附量幾乎不變，堿性環(huán)境下吸附量較大；存在的環(huán)境中，CTAB修飾后的沉積物對(duì)于對(duì)甲酚的吸附效果影響較小，、、和不利于吸附；有機(jī)質(zhì)含量高的吸附劑吸附效果更好。

吸附；沉積物；CTAB；對(duì)甲酚

酚類化合物用途廣泛，其作為有機(jī)化學(xué)工業(yè)的基本原料，廣泛存在于自然界中［1］。其中，對(duì)甲酚是生產(chǎn)抗氧劑、增塑劑、醫(yī)用消毒劑、燃料、香料、固化劑和熒光增白劑等產(chǎn)品的主要原材料［2］。

采用有效的方法對(duì)酚類化合物的廢水進(jìn)行處理是近年來(lái)環(huán)境研究者關(guān)注的焦點(diǎn)之一。常用吸附劑主要有活性炭、活性氧化鋁、硅藻土、沸石等［3］。有文獻(xiàn)［1］指出酚類污染物在水體沉積物上具有一定的吸附能力，被吸附后的污染物降低了其移動(dòng)性能和生理毒性。CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）為陽(yáng)離子表面活性劑，有利于河底沉積物對(duì)酚類化合物的吸附效果。

本試驗(yàn)進(jìn)行經(jīng)表面活性劑修飾后的沉積物對(duì)酚類化合物的吸附研究，為日后水污染處理提供有效幫助。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要儀器

UV5100型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（上海元析儀器有限公司）；PHS-25數(shù)顯酸度計(jì)（上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司）；AL104電子天平（梅特勒-托列上海有限公司）；DZF-6050真空干燥箱（上海齊欣科學(xué)儀器有限公司）；石英比色皿；0.45μm針頭式濾器；其他實(shí)驗(yàn)室常規(guī)玻璃儀器。

1. 2 主要試劑

對(duì)甲酚（99%）；對(duì)甲酚標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，標(biāo)準(zhǔn)稱取1.000g對(duì)甲酚，用蒸餾水溶解后于1 000mL的容量瓶中定容，得到濃度為1 000mg/L的對(duì)甲酚標(biāo)準(zhǔn)溶液；十六烷基三甲基溴化銨（分析純，上海展云化工有限公司）；碳酸氫鈉（上海凌峰化學(xué)試劑有限公司）；無(wú)水碳酸鈉（上海凌峰化學(xué)試劑有限公司）；無(wú)水硫酸鈉（中國(guó)國(guó)藥上?；瘜W(xué)試劑公司）；磷酸二氫鈉（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；氯化鈉（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

1.3 樣品處理

試驗(yàn)沉積物樣品采自上海工程技術(shù)大學(xué)校園內(nèi)同一河流中靠近圖書(shū)館旁和教學(xué)樓旁處。沉積物中有機(jī)質(zhì)的含量用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如表1所示。

表1 沉積物樣品采集與有機(jī)質(zhì)測(cè)定

樣品經(jīng)表面活性劑對(duì)樣品的修飾，準(zhǔn)確稱取5g沉積物和0.5gCTAB于燒杯中，加入200mL蒸餾水用攪拌機(jī)攪拌3h后烘干。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

準(zhǔn)確量取對(duì)甲酚標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液100.00mL于1 000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，配制成濃度1 00mg/L的對(duì)甲酚標(biāo)準(zhǔn)中間溶液。吸取100mg/L的對(duì)甲酚標(biāo)準(zhǔn)中間溶液25、50、125、250mL和375mL分別置于500mL容量瓶中，用蒸餾水定容，其濃度分別為5.00、10.00、25.00、50.00 mg/L和75.00mg/L。然后依次用紫外分光光度計(jì)于278nm波長(zhǎng)處測(cè)定各溶液的吸光度，根據(jù)吸光度與濃度的關(guān)系繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.5 吸附平衡試驗(yàn)

1.5.1 吸附平衡曲線

采用振蕩平衡法進(jìn)行吸附試驗(yàn)。分別稱取0.04gCTAB修飾后的沉積物各7份，其中6份加入對(duì)甲酚標(biāo)準(zhǔn)系列溶液40mL，恒溫振蕩至平衡，過(guò)濾后用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在波長(zhǎng)278nm處測(cè)定其吸光度，計(jì)算吸附平衡溶液中對(duì)甲酚的濃度。同時(shí)做空白試驗(yàn)，扣除沉積物中其他酚類化合物對(duì)吸附的影響，根據(jù)起始濃度與平衡濃度之差，計(jì)算吸附量，繪制吸附平衡曲線。

1.5.2 吸附平衡時(shí)間的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取0.04gCTAB修飾后的沉積物6份，向每份樣品中各加入100mg/L的對(duì)甲酚溶液40mL，放入搖床中振蕩，分別在振蕩2、6、10、14、20h和26h后，用0.45μm濾膜過(guò)濾，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在波長(zhǎng)278nm處測(cè)定其吸光度。對(duì)應(yīng)每個(gè)時(shí)間同時(shí)做空白試驗(yàn)，扣除空白值計(jì)算其平衡濃度。

1.5.3 pH對(duì)吸附的影響

準(zhǔn)確稱取0.04gCTAB修飾后的沉積物8份，用pH計(jì)調(diào)濃度為100mg/L的對(duì)甲酚溶液40mL，使pH分別為3.00、4.00、5.00、6.00、7.00、8.00、9.00和10.00。每個(gè)pH分別作平行樣，且同時(shí)做空白試驗(yàn)。

1.5.4 離子對(duì)吸附的影響

準(zhǔn)確稱取0.04gCTAB修飾后的沉積物5份，以鈉鹽負(fù)離子濃度在溶液中0.5mmol/L的含量稱取相應(yīng)的碳酸氫鈉、無(wú)水碳酸鈉、無(wú)水硫酸鈉、磷酸二氫鈉和氯化鈉后分別加入。向每份樣品中加入濃度為100mg/L的對(duì)甲酚溶液40mL，每種鈉鹽分別作平行樣，且同時(shí)做空白試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 平衡溶液中對(duì)甲酚測(cè)定方法的選擇

采用紫外分光光度法測(cè)定對(duì)甲酚濃度，同時(shí)做空白試驗(yàn)，以扣除沉積物中其他物質(zhì)對(duì)吸附的影響。

2.2 對(duì)甲酚標(biāo)準(zhǔn)曲線及線性回歸方程

根據(jù)“1.4標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制”方法，以對(duì)甲酚濃度為橫坐標(biāo)，吸光度值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行線性回歸，得回歸方程A=0.014 0c+ 0.020 3，相關(guān)系數(shù)r=0.999 4。

2.3 對(duì)甲酚在表面活性劑修飾沉積物上的吸附平衡曲線

按“1.5.1吸附平衡曲線”方法測(cè)得不同濃度時(shí)吸附平衡溶液的吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程計(jì)算得到吸附平衡溶液中對(duì)甲酚的濃度（c）為橫坐標(biāo)，再計(jì)算出相應(yīng)的平衡吸附量（Q）為縱坐標(biāo)，得到對(duì)甲酚的吸附平衡時(shí)間曲線，如圖1所示。

圖1 吸附平衡曲線

從圖1中可以看出，吸附量隨著對(duì)甲酚濃度的升高而逐漸減小，在100mg/L時(shí)吸附量達(dá)到平衡狀態(tài)。

2.4 對(duì)甲酚在表面活性劑修飾沉積物上的吸附平衡時(shí)間

按“1.5.2吸附平衡時(shí)間的測(cè)定”方法測(cè)得不同時(shí)間吸附平衡溶液的吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程計(jì)算得到吸附平衡溶液中對(duì)甲酚的濃度，再計(jì)算出相應(yīng)的平衡吸附量（Q）為縱坐標(biāo)，吸附時(shí)間（T）為橫坐標(biāo)作圖，得到對(duì)甲酚的吸附平衡時(shí)間曲線，如圖2所示。

圖2 吸附平衡時(shí)間曲線

從圖2中可以看出，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，對(duì)甲酚在CTAB修飾后的沉積物上的吸附量在2～10h內(nèi)基本不變，10h后開(kāi)始減小，14h后又增加，吸附量在20h達(dá)到最大值。其原因可能是由于疏水作用，表面活性劑的憎水基相互靠攏和聚集形成了膠束，所以膠束向外的親水基帶正電荷與帶負(fù)電的吸附質(zhì)因靜電作用相互吸引，隨著時(shí)間增加，相互靠攏的憎水基因不穩(wěn)定而分離開(kāi)。

2.5 對(duì)甲酚在表面活性劑修飾沉積物上的吸附影響因素

2.5.1 pH對(duì)吸附的影響

圖3顯示，在所測(cè)pH值范圍內(nèi)的酸性和中性環(huán)境中，對(duì)甲酚在2種CTAB修飾后的沉積物上的吸附量幾乎不變，在堿性環(huán)境下吸附量較大。這是由于在酸性和中性環(huán)境中CTAB較穩(wěn)定，在堿性環(huán)境中，CTAB電離帶正電荷而與吸附質(zhì)產(chǎn)生靜電吸引作用，使得吸附量增加。由此可見(jiàn)，在堿性環(huán)境的水體中吸附效果更好。

圖3 pH對(duì)吸附的影響

2.5.2 離子對(duì)吸附的影響

圖4 pH對(duì)吸附的影響

中，沉積物對(duì)于對(duì)甲酚的吸附效果影響較小，CTAB 在CO32-形成的堿性環(huán)境中而電離，與pH的影響相一致。

2.5.3 有機(jī)質(zhì)對(duì)吸附的影響

酚類在河流沉積物中被吸附，他們?cè)诔练e物和水中的分配系數(shù)與沉積物的有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)［1］。本試驗(yàn)中2個(gè)采樣點(diǎn)的有機(jī)質(zhì)含量如表1所示，從圖1可以看出有機(jī)質(zhì)含量高有利于吸附。

3 結(jié)論

（1）對(duì)甲酚在2種CTAB修飾后的沉積物上的吸附量，隨著對(duì)甲酚濃度的升高逐漸減小，在100mg/L時(shí)吸附量達(dá)到平衡狀態(tài)。

（2）在試驗(yàn)范圍內(nèi)，這兩種沉積物對(duì)于對(duì)甲酚在20h時(shí)吸附效果較好。

（3）在酸性和中性環(huán)境中，對(duì)甲酚在2種CTAB修飾后的沉積物上的吸附量幾乎不變，在堿性環(huán)境下吸附量較大。

（5）有機(jī)質(zhì)含量高的吸附劑吸附效果更好。

[1]李改枝,趙慧,張強(qiáng),等.酚類化合物在水環(huán)境中的污染、吸附及降解[J].內(nèi)蒙古石油化工,2001,27(2):39-40.

[2]武海濤.間甲酚與對(duì)甲酚的吸附分離精制[D].太原:太原理工大學(xué),2015.

[3]鄢瑛,張會(huì)平.活性炭對(duì)對(duì)甲酚的吸附性能研究[A].2012年全國(guó)活性炭學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集,2012:129-133.

[4]吳志堅(jiān),劉海寧,張慧芳,等.離子強(qiáng)度對(duì)吸附影響機(jī)理的研究進(jìn)展[J].環(huán)境化學(xué),2010,29(6):997-1003.

Study on the Adsorption of P-cresol on CTAB Modified Sediment

Wang Jia-hui, Zhu Zi-you, Yu Hai-yang,RenBai-nian
(Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 200000)

China's water pollution is serious, phenolic compounds as one of the sources of pollution, are toxic to humans and aquatic organisms. Therefore, it is of great significance to study the adsorption of phenolic compounds on sediments of lake water. Based on this, the experiment to study the pH, sediment organic matter content and different ion of CTAB modified to p-cresol adsorption effect was carried out. The results showed that two kinds of CTAB modified sediment adsorption amount decreased with increasing concentration of cresol, when concentration of cresol was 100 mg/L, the adsorption capacity reached an equilibrium state; In the test range, the two sediments for p-cresol in 20h adsorption effected better, in acidic and neutral environment, p-cresol in two kinds of CTAB modified sediment adsorption capacity was almost the same, alkaline environment adsorption capacity was bigger; CO32-in the presence of the environment, CTAB modified sediment for p-cresol adsorption effect was smaller, Cl-、HCO3-、SO42-and H2PO4-were not conducive to adsorption; The adsorbent with high content of organic matter has better adsorption effect.

Adsorption; Sediment; CTAB; Paracresol

2096-0387（2016）04-0047-03

TQ028.2

A

王佳慧（1996-），女，安徽蕪湖人，本科，研究方向：含酚廢水中酚類物質(zhì)的去除，吸附劑中有機(jī)質(zhì)多少對(duì)吸附效果的影響。