稻壳粉吸附有机化合物能力研究

邓 云 陈建国徐卫东

（1宁波出入境检验检疫局浙江宁波3150122浙江余姚东海橡胶厂浙江余姚315400）

稻壳粉吸附有机化合物能力研究

邓 云1陈建国1徐卫东2

（1宁波出入境检验检疫局浙江宁波3150122浙江余姚东海橡胶厂浙江余姚315400）

为研究稻壳粉的对有机化合物吸附能力，以蒽和双酚A为代表，从时间、温度、溶剂三个方面研究了稻壳粉吸附率的变化.通过红外光谱分析吸附前后稻壳粉表面分子基团的变化.研究表明,稻壳粉对蒽、双酚A具有快速稳定的吸附能力,用于木塑复合材料时能够提高其环保性能。

稻壳粉；双酚；A蒽；吸附

我国是水稻生产大国，年总产量约2×108t，每年产生的稻壳粉将近4000×104t。掺杂稻壳粉的复合材料不仅有高分子材料原有的加工和机械物理性能，而且具有天然木质感和类似于木材的加工性能。大量的报道都是集中在稻壳粉复合材料的加工制备及性能表征上。稻壳粉具有一定韧性、多孔，自身属纤维性材料，外表面覆盖有长链羟基羧酸聚合物和二氧化硅膜，具有非极性的表层结构。这种结构具有较强的吸附性。而高分子聚合物在生产加工中的单体残留和助剂引入，相当一部分属于对环境和人体有害的有毒有害物质。目前，世界各国普遍强调健康、环保、卫生，开展稻壳粉吸附研究对于科学开发评估稻壳粉复合材料，提升其使用价值和市场认可度，十分必要。

本研究以蒽和双酚A（2,2-双(4-羟基苯基)丙烷）为研究对象，前者是一种比较常见的多环芳香烃，广泛存在于油脂、橡胶和塑料的加工生产中；后者作为合成单体，大量残留于聚碳酸酯和环氧树脂中。向溶液中加入处理过的稻壳粉，通过测得加入前后两种物质的浓度变化，研究不同条件下稻壳粉对这两种代表性物质的吸附能力。

1 材料和仪器

1.1 材料

1.1.1 稻壳粉原料为当年生产。实验用稻壳粉经过风扬，去除剩余碎米粒后，通过三次水洗沉降分离，烘干。经过离心研磨，制得粒径小于1mm的样品，放入密封袋备用。

1.1.2 蒽标准品（CasNo：120-12-7,纯度99%）；双酚A标准品（CasNo：80-05-7，纯度98%）；实验用溶剂乙酸乙酯、甲苯均为色谱纯。

1.2 仪器

气相色谱质谱联用仪（安捷伦5975A）；傅立叶红外光谱仪(尼高力is5k)；塞多利斯24S分析天平。

2 方法

2.1 吸附试验

取3g稻壳粉于50mL锥形瓶中，加入浓度为7mg/L的蒽和双酚A的混合吸附液10mL，分别置于不同的温度下密闭静置。随时间变化分别取上层清液（取0.2mL定容到1.5mL）上机测试。通过浓度计算吸附率，吸附率R按以下公式：

式中：C0为吸附液起始浓度；Ca为吸附后浓度

2.2 吸附条件的选择

影响稻壳粉吸附能力的三个因素为温度、时间、溶剂（甲苯、乙酸乙酯）。试验通过确定两个提取条件，改变另一个条件的方式，分别考察三者对稻壳粉的吸附性能影响。

3 结果与影响

3.1 稻壳粉吸附的动力曲线

图1 稻壳粉吸附动力曲线（甲苯溶液，-18℃）

为降低溶剂挥发影响，同时减缓吸附过程，试验选择在-18℃的温度下考察稻壳粉对蒽和双酚A的吸附动力学。由图1可知，甲苯溶液中稻壳粉对蒽和双酚A的吸附速率都很高，在0.5h，蒽吸附率达到31.18%,双酚A达到27.90%。随着吸附时间增加，稻壳粉对蒽吸附在9h左右，吸附率达到45.50%，此后增速趋缓，在24h达到45.5%。稻壳粉对双酚A的吸附率与吸附时间成正相关，在24h达到37.0%。由此可见，稻壳粉对两种有机化合物具有快速的吸附能力，吸附时间越长，稻壳粉的吸附效果越好。稻壳粉表层为长链羟基羧酸聚合物和二氧化硅膜，在空气常温环境下稳定存在。

3.2 温度对稻壳粉吸附率的影响

图2 稻壳粉吸附随温度变化曲线（甲苯溶液，2h）

温度的本质是分子无规则运动剧烈程度，随着温度升高，分子之间的吸附与解吸附频率都会增加，决定吸附与温度的相关性。因此，温度影响是说明吸附剂对某种物质吸附能力的重要方面，也是研究吸附剂用途时必须考虑的方面。由图2可知，甲苯溶液中吸附时间2h，-18℃～50℃温度范围内稻壳粉对两种物质的吸附率位于28%～35%区间范围内，总体变化不大。随着温度升高，稻壳粉对双酚A的吸附率逐渐变大，但增长速率逐步变缓，在30℃后几无变化。相比而言，稻壳粉对蒽的吸附率则随着温度升高逐渐变小。低温时，蒽因为其熔点高，更容易在稻壳粉表面形成吸附。随着温度升高，蒽的溶解性明显增大，从稻壳粉表面解析进入甲苯中，导致吸附率随温度升高呈负相关性。故温度升高，双酚A接触稻壳粉频率增加，因而，吸附作用也就更明显。

3.3 溶剂对稻壳粉吸附率的影响

图3 两种溶剂中稻壳粉吸附蒽曲线（40℃）

稻壳粉应用于木塑复合材料时，将面临不同的聚合物基体。每种基体极性不同，影响稻壳粉加入后，有机小分子在两者之间的吸附。由图3可以看出，在40℃温度下，稻壳粉对蒽的吸附率在甲苯溶液中明显比在乙酸乙酯中高。物质之间的吸附能力与分子之间的键合能力有关。稻壳粉表面结构复杂，分子中既含有极性的羟基、硅氧键，也含有非极性的碳-氢、碳-碳键，对极性和非极性化合物分子都有较好的吸附性能。蒽是结构对称的三环缩合芳烃，分子中富含给电子π键，属非极性化合物。它与稻壳粉、溶剂分子间的吸附属于分子间范德华力作用，甲苯溶液中，蒽分子溶解性好，分子之间距离远，因而蒽分子内部相互作用几率减少，分子集聚效应减弱。与稻壳粉表面分子的吸附几率增加。由此可见，木塑符合材料中稻壳粉对目标化合物的吸附效果差异直接受影响于聚合物基材的极性。骨链中含有硅氧、碳氧键的聚合物极性一般高于单纯的碳碳键。

3.4 吸附前后稻壳粉表面状态变化

稻壳粉表面吸附发生后，分子结构必然发生变化。在官能团区，波数不同，醇酚结构中O-H键的伸缩振动特征峰；饱和烷基中C-H键的伸缩振动所致;酮羰基(C=O)键伸缩振动所致。在溶液中吸附蒽和双酚A后，强度明显减弱，说明稻壳粉表面的C-H键与C=O键在吸附中发挥了作用。前者可能与双酚A中的活性羟基形成C-H-O结构有关，后者可能是C=O键与富电子结构的蒽形成C-O-H结构有关。相比与范德华力，这两种键的结合力更强，可以说明稻壳粉的吸附能力牢固稳定。

4 结语

稻壳粉对蒽和双酚A的吸附随时间增长逐步增大至稳定，-18℃下前0.5h之内平均吸附速率分别为1.04%/min（蒽）、0.93% /min（双酚A），24h时吸附率可分别达到45.5%和37.0%。恒温吸附时间越长，稻壳粉的吸附效果越好。-18℃～50℃温度范围内稻壳粉对两种物质的吸附率位于28%～35%区间范围内，吸附稳定。稻壳粉的吸附受目标物在溶剂中的溶解性影响,溶解性越好，吸附效果越好。红外光谱分析表明吸附过程发现稻壳粉表面的C-H键与C=O键在吸附中发挥了作用。说明稻壳粉的吸附能力是牢固稳定的。该结论对于稻壳粉用于木塑复合材料具有重要的参考意义。

[1]欧阳东.稻壳更有价值的出路一制备混凝土顶级掺合料.粮食与饲料工业,2003.(3):43-4 5.