雞蛋殼吸附十二烷基苯磺酸鈉的制備及吸附性能研究

雞蛋殼吸附十二烷基苯磺酸鈉的制備及吸附性能研究

陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉（sdbs）用于清潔。具有較強(qiáng)的去污能力、較強(qiáng)的泡沫性、較強(qiáng)的泡沫穩(wěn)定性、較強(qiáng)的原材料來(lái)源和較低的生產(chǎn)成本等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于民用和工業(yè)洗滌劑。蛋殼中含有93%的碳酸鈣成分,具有多孔性結(jié)構(gòu),并且具有與高含量碳酸鈣吸附劑相同的功能;而殼膜具有復(fù)雜纖維狀蛋白的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),其表面積大,可以表現(xiàn)出良好的吸附性能1材料和方法1.1儀器和設(shè)備實(shí)驗(yàn)試劑:SDBS、HCl、NaOH等均為分析純,實(shí)驗(yàn)所用水均為去離子水。儀器設(shè)備:78HW-1恒溫磁力攪拌器(江蘇金壇市金城國(guó)勝實(shí)驗(yàn)儀器廠),電子恒溫水浴鍋(北京中興偉業(yè)儀器有限公司),DHG-9030A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科技有限公司),F-7000型熒光光度計(jì)(日本島津),馬弗爐(中國(guó)科學(xué)院上?？茖W(xué)儀器廠),普通搖床(中國(guó)科學(xué)院武漢科學(xué)儀器廠),高速萬(wàn)能粉碎機(jī)(北京中興偉業(yè)儀器有限公司)等。1.2殼膜和殼膜的分離純化殼膜分離:將適量的雞蛋殼用水洗凈,放在干燥箱中60℃烘干,稱(chēng)量100g蛋殼置于500mL燒杯中,依次加入300mL去離子水、20mL12mol/LHCl溶液,攪拌后置于20℃恒溫水浴鍋中水浴80min,然后用去離子水將蛋殼及膜表面殘留的酸液洗凈,置于干燥箱中70℃烘干即分離得到蛋殼和殼膜。蛋殼的處理:殼膜分離后,用粉碎機(jī)粉碎蛋殼,過(guò)100目篩,以200℃煅燒2h后即得實(shí)驗(yàn)用蛋殼。殼膜的處理:取適量0.5mol/L的HCl溶液浸泡殼膜12h,用去離子水洗凈。然后用0.1mol/L的NaOH溶液浸泡1h,用去離子水洗至中性后置于干燥箱中60℃干燥至恒重,即得實(shí)驗(yàn)用殼膜。1.3吸附試驗(yàn)方法1.3.1sdbs濃度的測(cè)定在100mL的錐形瓶中加入50mL100mg/L的SDBS溶液和一定質(zhì)量的蛋殼,在200r/min的條件下振蕩一段時(shí)間后過(guò)濾,取適量濾液用熒光光度計(jì)測(cè)定溶液的熒光信號(hào),計(jì)算溶液中的SDBS濃度。分別考察溶液的pH、吸附時(shí)間、吸附溫度以及蛋殼的投加量等對(duì)吸附劑吸附SDBS效果的影響。1.3.2sdbs濃度的測(cè)定在100mL的錐形瓶中加入20mL100mg/L的SDBS溶液和一定質(zhì)量的殼膜,在200r/min的條件下振蕩一段時(shí)間后過(guò)濾,取濾液測(cè)定并計(jì)算溶液中SDBS的濃度。分別考察溶液的pH、吸附時(shí)間、吸附溫度以及殼膜的投加量等對(duì)吸附劑吸附SDBS效果的影響。1.4殼膜脫附實(shí)驗(yàn)蛋殼脫附實(shí)驗(yàn):稱(chēng)取2.50g蛋殼加入50mLpH為7.0的SDBS溶液,室溫下振蕩90min。過(guò)濾,取濾液測(cè)定濾液中SDBS的濃度,然后取蛋殼風(fēng)干,置于燒杯中,加入50mLNaOH溶液,靜置,每隔1h(共8h)測(cè)定其濾液中SDBS的濃度。殼膜脫附實(shí)驗(yàn):稱(chēng)取0.075g殼膜加入20mLpH為6.0的SDBS溶液,室溫下振蕩60min。過(guò)濾,取濾液測(cè)定濾液中SDBS的濃度,然后取殼膜風(fēng)干,置于燒杯中,加入50mLNaOH溶液,靜置,每隔1h(共8h)測(cè)定其濾液中SDBS的濃度。1.5吸附性能的確定1.5.1試驗(yàn)中的吸附率為吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的吸附量和去除率可以根據(jù)公式(1)、(2)計(jì)算:式(1)、(2)中:C1.5.2吸附劑的相互作用Langmuir等溫吸附模型假設(shè)條件:吸附是單分子層的,被吸附分子之間沒(méi)有相互作用力,吸附劑表面是均勻的;Freundlich等溫吸附是描述非均相吸附體系的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?是在多層吸附理論的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)展起來(lái)的Langmuir吸附方程為:Freundlich吸附方程為:式(3)、(4)中:C1.5.3絕對(duì)溫度法應(yīng)用Gibbs方程計(jì)算溫度對(duì)平衡吸附的影響式(5)、(6)中:R為常數(shù)8.314,J/(mol·K);T為絕對(duì)溫度,K;K為某一溫度下的平衡常數(shù)(K=q1.5.4脫附率的測(cè)定實(shí)驗(yàn)脫附過(guò)程趨于平衡后,解吸量和脫附率按下式計(jì)算:式(7)、(8)中:C2結(jié)果與討論2.1通過(guò)分析地殼和地殼之間的吸附性能2.1.1溶液ph值對(duì)sdbs處理效果的影響pH值是影響SDBS吸附的一個(gè)重要的因素2.1.2殼膜對(duì)sdbs的吸附分別改變蛋殼和殼膜吸附SDBS的時(shí)間來(lái)探究吸附時(shí)間對(duì)其吸附能力的影響。結(jié)果如圖2所示,圖2(a)是用2.50g的蛋殼吸附pH為7.0的SDBS溶液,200r/min的條件下改變振蕩時(shí)間而得到的曲線圖,從圖中可以看出在吸附時(shí)間為90min時(shí),蛋殼對(duì)SDBS的吸附已趨于飽和;圖2(b)是用0.075g的殼膜吸附pH為6.0的SDBS溶液,200r/min的條件下改變振蕩時(shí)間而得到的曲線圖,從圖中可以看出在吸附時(shí)間為60min時(shí),殼膜對(duì)SDBS的吸附基本趨于飽和。無(wú)論是蛋殼還是殼膜作吸附劑,隨著吸附時(shí)間的增加,吸附劑對(duì)SDBS的去除率整體呈現(xiàn)出先增加后下降的趨勢(shì)。這是因?yàn)樵谖竭^(guò)程開(kāi)始,吸附劑對(duì)SDBS的吸附主要集中在表面,隨著吸附的進(jìn)行,吸附質(zhì)逐漸進(jìn)入吸附劑的孔隙內(nèi),然后在內(nèi)孔中的傳質(zhì)速度逐漸減慢,吸附容量隨著時(shí)間緩慢增加,直至達(dá)到吸附平衡,而后繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間可能會(huì)發(fā)生脫附現(xiàn)象使去除率和吸附量降低2.1.3吸附劑用量的影響圖3(a)是用0.5～4.0g蛋殼分別處理pH為7.0的SDBS溶液得到的曲線圖;圖3(b)是用0.025～0.125g殼膜分別處理pH為6.0的SDBS溶液得到的曲線圖。分別探究了蛋殼和殼膜的用量對(duì)廢水中SDBS的吸附量和去除率的影響。從圖中可以看出,無(wú)論是蛋殼還是殼膜做吸附劑,SDBS的去除率都隨著吸附劑用量的增加而增加,最終趨于穩(wěn)定達(dá)到吸附飽和,而吸附量卻隨著用量的增加而降低。吸附量降低是因?yàn)槿芤褐械腟DBS的濃度是一定的,如果吸附已經(jīng)達(dá)到飽和,再增加吸附劑用量會(huì)使單位質(zhì)量的吸附劑吸附SDBS的量下降。2.1.4殼膜的吸附機(jī)理取一系列不同濃度pH為7.0的50mLSDBS溶液,加入2.50g蛋殼,分別在293、313K溫度下,探究蛋殼對(duì)SDBS的吸附情況,結(jié)果如圖4(a)所示;取一系列不同濃度pH為6.0的20mLSDBS溶液,加入0.075g改性殼膜,分別在293、313K溫度下,探究殼膜對(duì)SDBS的吸附情況,結(jié)果如圖4(b)所示。以平衡濃度C表1是根據(jù)公式(3)和(4)計(jì)算出的相關(guān)參數(shù),從表中可知在溫度為293K和313K時(shí),蛋殼作為吸附劑時(shí)Freundlich方程的相關(guān)系數(shù)為0.9983和0.9997,遠(yuǎn)高于Langmuir方程擬合的相關(guān)系數(shù)0.5054、0.8847。同樣,殼膜作為吸附劑時(shí)Freundlich方程的相關(guān)系數(shù)遠(yuǎn)高于Langmuir方程擬合的相關(guān)系數(shù)。說(shuō)明Freundlich方程能更好地描述蛋殼和殼膜對(duì)SDBS的吸附特性,因此該吸附過(guò)程屬于多層吸附2.1.5殼膜和殼熱的吸附行為根據(jù)公式(5)和(6)計(jì)算得到蛋殼和殼膜吸附SDBS的熱力學(xué)參數(shù)。如表2所示,可以看出,ΔG均為負(fù)值,表明蛋殼和殼膜的吸附過(guò)程都是自發(fā)進(jìn)行的;ΔH均為正值,表明該吸附過(guò)程是吸熱的,提高溫度有利于該吸附的進(jìn)行;ΔS均為正值,表明該吸附過(guò)程是熵增過(guò)程2.2脫附量的測(cè)定用NaOH溶液分別處理吸附SDBS后的蛋殼和殼膜,測(cè)定其濾液中SDBS的濃度。由圖5可知,NaOH溶液對(duì)蛋殼和殼膜的脫附量隨著時(shí)間的增加呈現(xiàn)先增加而后基本不變的趨勢(shì)。8h后,NaOH溶液對(duì)蛋殼和殼膜的脫附基本趨于飽和,并且對(duì)殼膜的脫附率為57.1%,對(duì)蛋殼的脫附率為62.2%,說(shuō)明蛋殼和殼膜在吸附SDBS后具有較好的可再生性。3殼膜和殼膜對(duì)sdbs的等溫吸附性能(1)比較蛋殼和殼膜對(duì)SDBS的吸附量可知,殼膜的吸附能力明顯優(yōu)于蛋殼。這是由于蛋殼表面主要是由鈣鹽組成的石灰質(zhì)硬殼,較粗糙,空隙大;而殼膜是由膠原蛋白纖維交織成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),緊密細(xì)致,且殼膜含有多種基團(tuán),因此其吸附性能優(yōu)于蛋殼。(2)用Freundlich和Langmuir型方程模型對(duì)等溫吸附過(guò)程進(jìn)行擬合,結(jié)果表明,蛋殼和殼膜對(duì)SDBS的吸附更符合Freundlich型等溫吸附方程,吸附過(guò)程以多層吸附為主。熱力