苯酚吸附实验剖析.docx
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苯酚吸附实验剖析
2.实验部分
2.1实验原料和试剂
2.1.1实验原料
实验所用的凹凸棒粘土原矿产地为甘肃靖远，原矿经烘干水洗，再烘干后研磨，过200目筛（0.074mm），外观呈砖色粉状，其主要成分为非晶质SiO2。
2.1.2实验试剂
实验所用药品有苯酚（1.0g/L）、4-氨基安替比林、铁氰化钾、氨水（NH3·H2O）、氯化铵、氢氧化钠、盐酸、溴代十六烷基吡啶、十二烷基磺酸钠、四丁基溴化铵。
实验所用主要试剂见表2.1。
表2.1试验试剂
药品名称
规格
生产厂商
溴代十六烷基吡啶
分析纯（AR）
天津市化学试剂第六二厂三分厂
盐酸（HCL）
分析纯（AR）
天津市化学试剂六厂三分厂
苯酚
分析纯（AR）
北京化学试剂二厂
氨水（NH3·H2O）
分析纯（AR）
天津市化学试剂六厂三分厂
4-氨基安替比林
分析纯（AR）
上海试剂一厂
氢氧化钠
分析纯（AR）
天津市化学试剂六厂三分厂
铁氰化钾
分析纯（AR）
天津市化学试剂四厂
氯化铵
分析纯（AR）
天津市大茂化学试剂厂
2.1.3实验所用药品的配置
所用药品配置方法如下：
（1）苯酚标准储备液：
称取0.5g无色苯酚溶于蒸馏水，定容至500ml，配成浓度为1g/L苯酚无色溶液，备用。
（2）氨缓冲溶液：
称取20gNH4Cl白色固体溶于100ml的氨水中配成pH≈10的氨缓冲溶液，备用。
（3）安替比林溶液：
称取2g淡黄色安替比林固体粉末溶于蒸馏水，定容至100ml，配成质量浓度为20%的浅黄色溶液。
（4）铁氰化钾溶液：
称取8g铁氰化钾红色颗粒溶于92ml的蒸馏水中，配成质量浓度为8%的铁氰化钾溶液。
（5）盐酸溶液：
量取10ml的分析纯盐酸溶液加入10ml蒸馏水，配成pH≈2的盐酸溶液。
（6）氢氧化钠溶液：
称取一定量的氢氧化钠固体，加入定量的蒸馏水，配成pH≈10的氢氧化钠溶液。
2.2实验仪器设备
实验所用仪器有分光光度仪、恒温振荡器、低速离心机、电热恒温鼓风干燥箱、玻璃仪器气流烘干器、电子分析天平。
试验主要设备见表2.2。
表2.2实验所用仪器
仪器名称
型号
生产厂家
分光光度仪
722s
上海精密科学仪器有限公司
恒温振荡器
THZ-82
国华企业
低速离心机
TDL80-2B
电热恒温鼓风干燥箱
DHG-9626A
上海精宏实验设备有限公司
电子分析天平
FA1004N
玻璃仪器气流烘干器
巩义市英峪予华仪器厂
2.3实验方法
2.3.1吸附剂的制备
取凹凸棒土若干克，用200目的筛子进行筛分。
分别称取0.02g，0.04g，0.06g，0.085g，0.11g，0.135g溴代十六烷基吡啶（C21H38NBr）溶解到25ml水中，在30℃下放于恒温振荡器中充分搅拌使其溶解。
然后称上述土样1g加入其中，在80℃下放于恒温振荡器（r=170r/min）中充分搅拌分散6h，再将该体系静置1h，然后将其离心清洗，倒掉上清液，重复三次，将所得的有机改性土置于烘箱中于80℃下烘干，经研磨即可得到疏松的砖红色固体粉末，将制备好的有机土放到干燥器中，备用。
2.3.2吸附实验流程
准确称取一定量吸附剂于100mL具塞锥形瓶中，再加入苯酚溶液10mL。
在一定温度下震荡一定时间，对悬浮液离心分离，测定上清液中残留苯酚的浓度。
由式（2.1）计算。
2.1
式中：
Q—吸附剂的吸附量（mg/g）；
C0—苯酚溶液的初始浓度（mg/L）；
C—苯酚溶液的剩余浓度（mg/L）；
m—吸附剂的质量（mg）。
2.3.3测定方法
实验中苯酚的分析测定采用安替比林分光光度法测定。
在微碱性条件下以铁氰化钾为显色剂，在波长510nm处测定吸光度，由此确定溶液中苯酚的浓度。
2.3.4标准曲线的绘制
取数支50mL具塞比色管，分别加入苯酚（10mg/L）溶液0.50、1.00、3.00、5.00、7.00、10.00、12.50mL，向比色管中加适量水，再加入氨缓冲溶液0.5mL后混匀，再加安替比林1.0mL混匀，再加铁氰化钾1.0ml混匀，然后加蒸馏水至25mL刻度线，放置15min。
在722s分光光度计上用10mm比色皿，于510nm波长处，以空白溶液为参比，测量吸光度。
结果见表2.3。
以苯酚的含量为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线，如图2-1所示。
可见，吸光度和浓度之间有良好的线性关系，线性相关系数R2=0.9996，直线方程为y=0.0295x+0.0016。
表2.3不同浓度溶液的吸光度
苯酚量（
）
5
10
30
50
70
100
125
吸光度A
0.015
0.032
0.096
0.147
0.206
0.296
0.372
3.5温度的影响吸附等温线
分别称取0.3g定量吸附剂在室温下吸附50mg/L的苯酚溶液10ml，吸附时间为10min，取一定体积上清液测定其吸光度，考察在不同的苯酚初始浓度条件下，温度对吸附效果的影响。
清液的浓度和吸附量及吸附剂量的关系见表3.4和图3-5。
由此可以看出，
（1）在一定的浓度范围内随着苯酚初始浓度的增加吸附量呈上升趋势。
当浓度增加到一定程度时吸附量基本恒定。
（2）在温度低于30℃时随着温度的身高，平衡吸附量上升。
当温度超过30℃时随温度的升高，平衡吸附量稍微降低。
表3.5温度对吸附的影响
苯酚初始浓度（C0=50mg/L）吸附平衡时间T=40min改性剂的配比0.07:
1
苯酚的体积10ml上清液体积2ml
温度T/℃
浓度（mg/L）
吸附剂质量/g
上清液体积/mL
吸光度A
平衡浓度/Ce（mg/L）
吸附量/（mg/g）
lnQ
lnC
1/Q
1/c
20℃
20
0.3004
4
0.152
12.7457
0.2415
-1.4209
2.5452
4.1410
0.0785
40
0.2999
2
0.154
25.8305
0.4725
-0.7497
3.2516
2.1165
0.0387
60
0.3003
2
0.232
39.0508
0.6976
-0.3600
3.6649
1.4335
0.0256
80
0.3004
1
0.163
54.7118
0.8418
-0.1721
4.0021
1.1879
0.0183
100
0.3003
1
0.195
65.5593
1.1469
0.1370
4.1830
0.8719
0.0153
150
0.2999
1
0.289
97.4237
1.7531
0.5614
4.5791
0.5704
0.0103
200
0.3003
0.5
0.188
126.372
2.4518
0.8968
4.8392
0.4079
0.0079
30℃
20
0.3004
4
0.152
12.7457
0.2415
-1.4209
2.5452
4.1410
0.0785
40
0.2999
2
0.156
26.1694
0.4612
-0.7739
3.2646
2.1684
0.0382
60
0.3001
2
0.243
40.9152
0.6359
-0.4526
3.7115
1.5725
0.0244
80
0.2998
1
0.163
54.7118
0.8435
-0.1701
4.0021
1.1855
0.0183
100
0.2998
1
0.195
65.5593
1.1488
0.1387
4.1830
0.8705
0.0153
150
0.3001
1
0.285
96.0677
1.7971
0.5861
4.5651
0.5564
0.0104
200
0.2997
0.5
0.211
141.966
1.9364
0.6608
4.9556
0.5164
0.0070
40℃
20
0.2995
4
0.154
12.9152
0.2366
-1.4415
2.5584
4.2274
0.0774
60
0.2999
2
0.242
40.7457
0.6420
-0.4431
3.7074
1.5576
0.0245
100
0.3007
1
0.203
68.2711
1.0552
0.0536
4.2235
0.9477
0.0146
150
0.3006
1
0.31
104.542
1.5122
0.4135
4.6496
0.6613
0.0096
200
0.2995
0.5
0.216
145.355
1.8245
0.6013
4.9792
0.5481
0.0069
50℃
20
0.3013
4
0.163
13.6779
0.2098
-1.5614
2.6158
4.7659
0.0731
40
0.3009
2
0.17
28.5423
0.3708
-0.9921
3.3514
2.6969
0.0350
60
0.3008
2
0.252
42.4406
0.5838
-0.5382
3.7481
1.7131
0.0236
80
0.3003
2
0.34
57.3559
0.7540
-0.2822
4.0493
1.3262
0.0174
100
0.2995
1
0.214
72.0000
0.9349
-0.0673
4.2767
1.0696
0.0139
150
0.3039
1
0.317
106.915
1.4177
0.3490
4.6720
0.7054
0.0094
200
0.3076
0.5
0.219
147.389
1.7103
0.5366
4.9931
0.5847
0.0068
60℃
20
0.2996
4
0.16
12.7457
0.2195
-1.5163
2.5970
4.5558
0.0745
40
0.2999
2
0.169
25.8305
0.3877
-0.9475
3.3454
2.5793
0.0352
60
0.3000
2
0.258
39.0508
0.5514
-0.5952
3.7718
1.8135
0.0230
80
0.3000
2
0.34
54.7118
0.7548
-0.2812
4.0493
1.3249
0.0174
100
0.3000
1
0.208
65.5593
1.0011
0.0011
4.2480
0.9989
0.0143
150
0.2997
1
0.314
97.4237
1.4715
0.3863
4.6625
0.6796
0.0094
200
0.3002
0.5
0.218
146.712
1.7751
0.5738
4.9885
0.5634
0.0068
3.6.1吸附热力学基本方程介绍
1．朗缪尔（Langmuir）吸附等温式
3.7
或
3.8
式中，
—吸附量（mg/g）；
—饱和吸附量（mg/g）；
C—苯酚溶液浓度（mg/L）；
b—常数。
从公式3.8可以看出1/Q对1/C作图是一条直线，斜率为1/Qmb，截距为1/Qm。
2．吸附经验式—弗罗因德利希（Freundlich）公式
3.9
对式3.8取对数得，
3.10
式中，
—吸附量（mg/g）；
C—苯酚溶液浓度（mg/L）；
n与k—两个经验常数。
从公式3.10可以看出lnQ对lnC作图是一条斜率为n，截距为lnk的直线，从而可以确定各个参数。
3.6.3等温吸附模型拟合
从表3.5中提取吸附平衡时的1/Q和1/C按Freundlich等温吸附模型进行线性拟合，提取lnQ和lnC按等温吸附模型进行拟合，拟合结果及相关参数如表3.6所示和图3-6、3-7所示。
表3.6等温吸附拟合
温度
/℃
Freundlich
Langmuir
线性方程
R2
n
lnk
线性方程
R2
Qm
b
20
y=0.9910x-3.988
0.9910
0.991
-3.998
y=52.054.x+0.0865
0.9965
11.5606
0.0017
30
y=0.9172x-3.7723
0.9822
0.9172
-3.7723
y=51.388x+0.1628
0.9937
7.88643
0.0025
40
y=0.8621x-3.6321
0.9973
0.8621
-3.6321
y=52.353x+0.1798
0.9992
5.56173
0.0034
50
y=0.9139x-3.9822
0.9962
0.9139
-3.9822
y=63.875x+0.2025
0.9932
4.93827
0.0032
60
y=0.9146x-3.9542
0.9916
0.9146
-3.9542
y=59.576x+0.2497
0.9877
4.00480
0.0042
由表3.6可见，吸附等温线能同时较好地符合Freundlich等温吸附模型和Langmuir等温吸附模型。
相关系数基本都在0.99左右。
随着温度的升高，Qm呈下降趋势，说明该吸附可能是放热反应，随温度的上升，最大吸附量降低。
从图3-6和3-7可以看出，苯酚的等温吸附曲线呈现出明显的线性（其回归方程和相关系数见表3.6），这可能是由于：
（1）能较好地符合Freundlich吸附模型是水中有机物在有机凹凸棒土一水相之间分配作用的结果。
根据Chiou等[31]的“分配理论”，对水溶液中苯酚的吸附机制主要是分配作用，即水溶液中苯酚分配溶解于改性凹凸棒土的“有机相”一即被交换到凹凸棒原土上的PBC有机离子，这种作用类似于有机物之间的“相似相溶”原理。
有机阳离子改性凹凸棒土类似于实际土壤，其固相主要由有机质和粘土矿物组成，改性土水体系也类似于土壤水体系。
苯酚从水中转移至改性土中也就类似于有机物从土壤水溶液中转移到土壤固相。
“分配理论”指出，在土壤水体系中，水分子大量占据土壤颗粒中无机部分（粘土矿物）表面的吸附位，水中非离子性有机化合改性凹凸棒土吸附微污染水源水中苯酚性能的实验研究物很难通过表面吸附作用转移至颗粒上，因此，只能通过分配作用进入颗粒物中有机部分（有机质），从而也表现出吸附效应。
这种分配作用的主要特征之一就是吸附等温线呈线性关系。
（2）能较好地符合Langmuir吸附等温模型是单分子层吸附理论模型。
所以同时满足两种线性关系，说明凹凸棒土对苯酚的吸附同时满足两种吸附模型。
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