改性膨润土对松香酸的吸附研究

林 涛， 任建晓， 王茹楠， 殷学风， 李 雪

(陕西科技大学 轻工与能源学院， 陕西 西安 710021)

0 引言

胶粘物问题已经成为当今造纸行业急需解决的棘手难题[10-13]，本实验以松香酸作为模拟胶粘物，探讨膨润土用量、松香酸浓度、吸附时间、吸附温度对吸附松香酸的影响，从而得出吸附松香酸的最佳条件.

1 实验部分

1.1 实验原料

天然膨润土取自辽宁建平,经过破碎、研磨，提纯精制过200目.所用膨润土的物理性质为膨胀容10.4 mL·g-1、胶质价96.3 mL·15 g-1、pH为8.6、吸蓝量为37.6 g·100 g-1、阳离子交换量为36.5 mmoL·100 g-1.XRD图谱如图1所示，从中可以看出，原矿的主要成分为蒙脱石，杂质矿物也比较简单，主要为石英、云母、长石等.另外，原矿的特征峰d(001)值为1.582 53 nm，而且峰形尖锐，峰脚较窄，是典型的钙基膨润土特征.

图1 建平天然膨润土的XRD图

1.2 实验设备

电子分析天平(BS210S)、恒温水浴锅(HH-S2s)、恒温鼓风干燥器(TDR-9070A)、X-射线衍射仪(日本理学公司 D/max 2200PC)、可见分光光度计(722N)、离心机(DC-HJY03)等.

1.3 实验方法

1.3.1 有机膨润土的制备

天然膨润土取自辽宁建平，经过破碎、研磨，提纯精制过200目，得到提纯土.称取已提纯过的膨润土30 g，放置于烧杯中，加入600 mL蒸馏水，配成5%的矿浆浓度，然后将Li2CO3与H2C2O4的混合溶液(比值为0.8)倒入烧杯中，在恒温水浴锅中(80 ℃)加热搅拌1.5 h，控制溶液体系的pH在7～8之间，然后用蒸馏水多次洗涤得到的浆液，烘干，研磨过200目，得到锂基膨润土.称取一定量的锂基膨润土直接用4%的硅烷偶联剂KH550进行有机改性，多次洗涤得到的浆液，烘干、研磨过200目，得到有机膨润土.

1.3.2 对松香酸的吸附

取666.7 mg松香酸溶于含有312.5 mg 85%KOH的无水乙醇中，然后用无水乙醇稀释到250 mL，配制成质量分数为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)

将10 mL不同浓度的松香酸分散液与一定量的改性膨润土混合，经过一段时间后，以3 000 r/min离心30 min[15].

未吸附的松香酸分散在离心分离的上清液中，用722型可见分光光度计测定其在350 nm处的吸光度.将标准松香酸浓度c0与其吸光度值A进行线性回归分析，得到浓度与吸光度之间的线性方程.由此关系可得，实验中所测吸光度A即为上清液中松香酸的浓度.

松香酸浓度与吸光度之间的关系可以写为：c=X+Y·A(c为松香酸浓度，A为吸光度值，X和Y为系数)

膨润土吸附量计算：Γ=V(c0-c)/m

胶粘物去除率计算：η=(c0-c)/c0×100%

式中：Γ—单位质量膨润土吸附胶粘物的量，mg/g；c0，c—吸附前和吸附平衡后溶液中胶粘物的浓度，mg/L；V—吸附实验中溶液总体积，本实验为10 mL；m—膨润土的质量，mg；η—胶粘物去除率.

2 结果与讨论

2.1 标准曲线的确定

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，加稀释液稀释到特定容积，配制的标准浓度分别为：100 mg/L、200 mg/L、300 mg/L、400 mg/L、500 mg/L的松香酸溶液，实验结果如图2所示.

图2 松香酸溶液标准曲线

由图2可知，松香酸溶液的标准曲线为c=286.31A+9.342 3，R2=0.991 8.故可通过用分光光度法测松香酸浓度，间接测膨润土吸附量.

2.2 吸附松香酸影响因素的研究

2.2.1 改性膨润土用量对吸附松香酸的影响

在反应时间60 min，反应温度60 ℃，松香酸浓度500 mg/L条件下，改变膨润土用量进行吸附松香酸的研究，实验结果如图3、图4所示.

图3 膨润土用量对松香酸吸附量的影响

图4 膨润土用量对松香酸去除率的影响

由图3、图4可以看出，膨润土用量低于450 mg/L时有机膨润土吸附性能优于提纯土，膨润土用量高于450 mg/L时，提纯土的吸附性能优于有机膨润土的吸附性能.膨润土用量越大，不论是有机膨润土还是提纯土的吸附量均下降，这是因为当膨润土用量达到450 mg/L时，膨润土已经达到吸附饱和，溶液中的松香酸大部分已经被膨润土吸附.

从图中还可以看出，膨润土用量的增加会使得松香酸的去除率随之增大，但其增长趋势逐渐减弱，这与一般吸附研究规律相符合.膨润土用量的增加，即增大了整个体系的吸附空间和吸附容量；但从反应动力学来看，其增长率必然减小，也就是说，当膨润土中所吸附的松香酸过多则必然导致吸附的松香酸从膨润土中解析出来，转移到溶液中.总体来说有机膨润土增大趋势不如提纯土明显，膨润土用量增大500 mg/L，有机膨润土的松香酸去除率增加10%，而提纯土的增加了20%.因此，提纯土的用量对松香酸去除率影响较有机膨润土的大.一味地增加膨润土的用量必将导致浪费，同时吸附量会随之减少，也就等于变相地将膨润土吸附性能的利用率降低.因此,必须综合考虑这两个量之间的关系，选择一个合适的膨润土用量.结合这两个图，选择有机膨润土吸附松香酸时用量为400 mg/L，此时，有机膨润土的吸附效果优于提纯土，既有较高的吸附量，又有较大的松香酸去除率.

2.2.2 松香酸浓度对吸附松香酸的影响

在反应时间60 min，反应温度60 ℃，膨润土用量为400 mg/L条件下，改变松香酸浓度进行吸附松香酸的研究，实验结果如图5、图6所示.

图5 松香酸浓度对松香酸吸附量的影响

图6 松香酸浓度对其去除率的影响

由图5、图6实验结果可以看出，提纯土的吸附量随松香酸浓度增大而增大，在松香酸浓度低于500 mg/L时，有机膨润土的吸附量均随松香酸浓度的增大而增大，浓度高于500 mg/L时，有机膨润土的吸附量下降；而松香酸浓度增大，松香酸的去除率都下降.松香酸浓度增大增加了膨润土的吸附机会，但是高浓度不利于液相中的离子向固相中转移，松香酸浓度低于500 mg/L时，前者的影响大于后者，有机膨润土吸附量增大，超过500 mg/L时，后者影响更大，吸附量下降.在一定范围内，松香酸浓度增大，膨润土吸附量增大，而松香酸去除率下降，这是由于松香酸浓度增大的趋势比膨润土吸附量增大的趋势大.由这两个图可以发现，在相同的松香酸浓度下，有机膨润土的吸附量和松香酸去除率均高于提纯土.根据这两个图，选择松香酸浓度为500 mg/L，此条件使得有机膨润土有很大的吸附量，松香酸去除率也较高，而且松香酸浓度也较高，减少稀释水用量，相应减少膨润土用量.

2.2.3 温度对吸附松香酸的影响

在反应时间60 min，松香酸浓度为500 mg/L，膨润土用量为400 mg/L条件下，改变吸附温度进行吸附松香酸的研究，实验结果如图7、图8所示.

图7 温度对松香酸吸附量的影响

图8 吸附温度对松香酸去除率的影响

由图7、图8可以看出，随着温度的升高，松香酸吸附量在不断增加，当超过60 ℃时，有机膨润土吸附量几乎无变化；而提纯土的吸附量随温度升高而增大.当温度低于60 ℃，温度升高，有利于膨润土在溶液中的分散，且布朗运动加剧，增大了膨润土与松香酸的有效碰撞机会.超过60 ℃，温度几乎不再影响有机膨润土的吸附效果，而继续影响提纯土的分散效果和运动状态.选择60 ℃作为有机膨润土吸附松香酸的温度.在60 ℃时，有机膨润土的吸附量超过400 mg/g，松香酸去除率达到63%，而要达到这种效果，在同样条件下，提纯土的吸附温度必须超过80 ℃.

2.2.4 时间对吸附松香酸的影响

在反应温度为60 ℃，松香酸浓度为500 mg/L，膨润土用量为400 mg/L的条件下，改变吸附时间进行吸附松香酸的研究，实验结果如图9、图10所示.

图9 时间对松香酸吸附量的影响

图10 吸附时间对松香酸去除率的影响

由图9、图10可以看出松香酸的去除率和膨润土吸附量有相同的趋势，开始阶段膨润土吸附量升高较快，在接触反应一段时间后，其吸附量基本处于平衡.有机膨润土吸附时间在60 min左右就达到吸附平衡，而提纯土吸附时间为2 h时才会达到吸附平衡.同样的吸附时间，有机膨润土的吸附量高于提纯土.因此有机膨润土吸附松香酸时必须保证充分的固液接触时间，选择有机膨润土的吸附时间为60 min.

3 结束语

(1)有机膨润土的吸附松香酸的最佳条件为反应时间60 min，反应温度60 ℃，胶粘物浓度500 mg/L，膨润土用量400 mg/L.

(2)在最佳条件下，松香酸吸附量可以达到400 mg/g以上，松香酸去除率达到60%以上.

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