NKA-Ⅱ树脂吸附苯甲酸的热力学研究

刘 兰 彭 瀚 温丽媛

(广东石油化工学院，化学工程学院，广东 茂名 525000)

NKA-Ⅱ树脂吸附苯甲酸的热力学研究

刘 兰 彭 瀚 温丽媛

(广东石油化工学院，化学工程学院，广东 茂名 525000)

研究了NKA-Ⅱ大孔吸附树脂吸附苯甲酸的热力学特性。 在温度为298 K 、308 K和 318 K 条件下分别测定了吸附平衡数据并应用Freundlich和Langmiur等温吸附方程进行拟合。结果表明，苯甲酸在NKA-Ⅱ大孔吸附树脂上的吸附平衡符合Freundlich等温吸附方程。热力学分析发现 ΔH>0、ΔG<0、ΔS>0，表明苯甲酸在大孔吸附树脂上的吸附属于可自发进行的物理吸附，吸附过程吸热，但吸附热较小，温度对吸附过程的影响较小。

大孔吸附树脂 吸附 苯甲酸 热力学

苯甲酸是一类常见的环境污染物，常存在于化工、食品和医药工业的废水中，多为芳香化合物生物代谢的中间产物[1,2]。苯甲酸在工业废渣、废液中广泛存在。大量苯甲酸类化合物的生产和使用使土壤和地下水体均遭受不同程度的污染，故苯甲酸的排放给环境带来污染，对环境造成危害。

吸附法是处理水中有毒有害有机物的最常用的操作方法之一[3]。已见报道的苯甲酸吸附剂有活性炭、大孔树脂等。大孔吸附树脂性质稳定，可从水溶液中富集，分离和回收有机物质，因此被广泛应用于有机废水的处理。本文以NKA-Ⅱ树脂作为回收苯甲酸的吸附剂，研究NKA-Ⅱ树脂对水溶液中苯甲酸的吸附热力学特性。

1实验材料和仪器

主要试剂:NKA-Ⅱ树脂,南京大学环境学院研制；乙醇 ，分析纯，无锡润利化学有限公司；苯甲酸，分析纯，上海邦成化工有限公司。

主要装置：DF-Ⅱ集热式磁力搅拌器，常州澳华仪器有限公司；电热恒温干燥箱，上海雄发仪器有限公司。

2实验数据记录与分析

新树脂预处理以去除树脂中所含少量低聚物、有机物及有害离子。树脂用2mol/L氢氧化钠溶液浸泡6 h后水洗至中性，然后用95%乙醇浸泡12 h，后冲洗至无任何醇味，烘干。称取NKA-Ⅱ树脂置于锥形瓶中，加入含苯甲酸废水溶液，置于一定温度恒温水浴振荡器中，按一定时间间隔取溶液，用标准氢氧化钠溶液滴定，计算t时刻浓度、t时刻吸附量以及吸附率。

2.1 静态吸附等温线

在不同温度时，NKA-Ⅱ树脂吸附苯甲酸的吸附数据如表1所示：

表1 298 K静态吸附数据表Table 1 298 k static adsorption data

图1 苯甲酸在NKA-Ⅱ树脂上的静态吸附等温线Fig 1 static adsorption isothermof benzoic acid on NKA-Ⅱ resin

由图1可知，在不同温度条件下，吸附量随着温度的升高而略有增加。NKA-Ⅱ树脂吸附苯甲酸的过程是一个吸热过程，适当的增加温度、增大浓度有利于吸附。

2.2 吸附热力学分析[4,5]

吸附焓变△H根据Claperon-clausius方程计算：

lnCe=-lnKo+△H/RT

式中 R—理想气体常数，8.314J/(mol·K)；

T—绝对温度，K；

C—溶质在温度T时的平衡浓度；

Ko—Clapeyon-clausius常数。

在不同温度(298 K,308 K,318 K)下，平衡吸附量为Qe时，Ce可以根据Freundlich方程式求得，绘制ln(1/Ce)与1/T的直线，并进行线性拟合，即可求出吸附焓变量△H，计算结果见下表。

吸附自由能△G的值，可以根据Gibbs吸附等温描述推导出计算吸附自由能变公式：

△G=-nRT方程，n为Freundlich方程中的系数。

吸附熵变可以根据Gibbs-Helmholtz方程△S在=(△H-△G)/T计算。NKA-Ⅱ树脂吸附苯甲酸的热力学数据见下表：

表2 NKA-Ⅱ树脂吸附苯甲酸的热力学参数Table 2 thermodynamic parameters of NKA-Ⅱ resin adsorption benzoic acid

由上表可知苯甲酸在NKA-Ⅱ树脂上的等量吸附焓变△H>0，表明苯甲酸在NKA-Ⅱ大孔树脂上的吸附过程为吸热过程，提高温度有利于吸附过程的进行；但是△H在5 kJ·mol-1左右，焓变值较小，表明升高温度对吸附的过程的影响不明显，同时也表明苯甲酸在NKA-Ⅱ型树脂上的吸附不存在配位基交换和化学键力等强吸附力的作用，表明树脂对苯甲酸吸附为物理吸附过程。

吸附焓△H随树脂吸附量Qe的增加而减小；吸附自由能变△G均为负值，说明树脂对苯甲酸的吸附能自发进行；苯甲酸在NKA-Ⅱ树脂上的吸附熵变△S>0，说明了在苯甲酸的吸附过程中同时存在着溶剂的解吸，苯甲酸的吸附过程自由度减小，为熵减过程，而溶剂即水的解吸过程则是熵增过程，由于水分子的分子量远小于苯甲酸的分子量，所以每个苯甲酸分子的吸附将导致了多个水分子的解吸。因此，尽管吸附过程会使苯甲酸分子的自由度减小，但是由于树脂中更多的水分子的解吸，最终结果就导致了熵的增加。

3结 论

(1)吸附量随着温度的升高而略有增加。NKA-Ⅱ树脂吸附苯甲酸的过程是一个吸热过程，适当的增加温度、增大浓度有利于吸附。

(2)苯甲酸在NKA-Ⅱ树脂上的等量吸附焓变△H>0，表明苯甲酸在NKA-Ⅱ大孔树脂上的吸附过程为吸热过程，提高温度有利于吸附过程的进行。

(3)吸附焓△H随树脂吸附量Qe的增加而减小；吸附自由能变△G均为负值，说明树脂对苯甲酸的吸附能自发进行；苯甲酸在NKA-Ⅱ树脂上的吸附熵变△S>0，说明了吸附过程中同时存在着溶剂的解吸，苯甲酸的吸附过程自由度减小，为熵减过程。

[1] 汪星志,汪晓军,王蓓蓓,徐金玲. 含锰氧化物的陶粒催化臭氧氧化苯甲酸废水[J]. 环境工程学报,2016,(07):3 653～3 656.

[2] 黎玉香. 新型Fenton-流化床催化载体制备及处理苯甲酸废水的研究[D].华南理工大学,2012.

[3] 陶为华,王敏. 聚乙烯吡啶树脂对苯甲酸的吸附性能研究[J]. 分子科学学报,2014,(06):497～503.

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[5] 欧阳平,范洪勇,张贤明,陈凌,王家序. 粉煤灰对废润滑油中水的吸附热力学[J]. 功能材料,2017,(03):3 063～3 067+3 071..

StudyontheAdsoptionThermodynamicsofBenzoicAcidonMacroporous

Liu Lan Peng Han Wen Liyuan

(College of Chemical Engineering, Guangdong University of Petrochemical Technology,Guangdong Mao Ming 525000)

The NKA II macroporous adsorption resin adsorption thermodynamic properties of benzoic acid were stadiet. Under the temperatures of 298, 308 and 318 K, the adsorption equilibrium data were determined and fitting with Freundlich and Langmiur isothermal adsorption equation. The results showed that the acid in NKA-Ⅱ macroporous adsorption resin adsorption equilibrium was in line with the Freundlich isothermal adsorption equation.On this basis, through the thermodynamic analysis it was found the ΔH>0, ΔG<0, ΔS>0. It was suggested that benzoic acid adsorbed on macroporous adsorption resin were spontaneously physical adsorption, adsorption process was endothermic, but adsorption heat was small, the influence of temperature on the adsorption process was smaller.

Macroporous adsorption resin adsorption benzoic acid thermodynamics

10.16597/j.cnki.issn.1002-154x.2017.11.004

2017-07-11

刘兰(1981～ )，女，主要从事化学工程与工艺实验室教学工作，E-mail：383733546@qq.com