鸡蛋壳吸附十二烷基苯磺酸钠的制备及吸附性能研究

鸡蛋壳吸附十二烷基苯磺酸钠的制备及吸附性能研究

阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（sdbs）用于清洁。具有较强的去污能力、较强的泡沫性、较强的泡沫稳定性、较强的原材料来源和较低的生产成本等特点。广泛应用于民用和工业洗涤剂。蛋壳中含有93%的碳酸钙成分,具有多孔性结构,并且具有与高含量碳酸钙吸附剂相同的功能;而壳膜具有复杂纤维状蛋白的网状结构,其表面积大,可以表现出良好的吸附性能1材料和方法1.1仪器和设备实验试剂:SDBS、HCl、NaOH等均为分析纯,实验所用水均为去离子水。仪器设备:78HW-1恒温磁力搅拌器(江苏金坛市金城国胜实验仪器厂),电子恒温水浴锅(北京中兴伟业仪器有限公司),DHG-9030A型电热恒温鼓风干燥箱(上海一恒科技有限公司),F-7000型荧光光度计(日本岛津),马弗炉(中国科学院上海科学仪器厂),普通摇床(中国科学院武汉科学仪器厂),高速万能粉碎机(北京中兴伟业仪器有限公司)等。1.2壳膜和壳膜的分离纯化壳膜分离:将适量的鸡蛋壳用水洗净,放在干燥箱中60℃烘干,称量100g蛋壳置于500mL烧杯中,依次加入300mL去离子水、20mL12mol/LHCl溶液,搅拌后置于20℃恒温水浴锅中水浴80min,然后用去离子水将蛋壳及膜表面残留的酸液洗净,置于干燥箱中70℃烘干即分离得到蛋壳和壳膜。蛋壳的处理:壳膜分离后,用粉碎机粉碎蛋壳,过100目筛,以200℃煅烧2h后即得实验用蛋壳。壳膜的处理:取适量0.5mol/L的HCl溶液浸泡壳膜12h,用去离子水洗净。然后用0.1mol/L的NaOH溶液浸泡1h,用去离子水洗至中性后置于干燥箱中60℃干燥至恒重,即得实验用壳膜。1.3吸附试验方法1.3.1sdbs浓度的测定在100mL的锥形瓶中加入50mL100mg/L的SDBS溶液和一定质量的蛋壳,在200r/min的条件下振荡一段时间后过滤,取适量滤液用荧光光度计测定溶液的荧光信号,计算溶液中的SDBS浓度。分别考察溶液的pH、吸附时间、吸附温度以及蛋壳的投加量等对吸附剂吸附SDBS效果的影响。1.3.2sdbs浓度的测定在100mL的锥形瓶中加入20mL100mg/L的SDBS溶液和一定质量的壳膜,在200r/min的条件下振荡一段时间后过滤,取滤液测定并计算溶液中SDBS的浓度。分别考察溶液的pH、吸附时间、吸附温度以及壳膜的投加量等对吸附剂吸附SDBS效果的影响。1.4壳膜脱附实验蛋壳脱附实验:称取2.50g蛋壳加入50mLpH为7.0的SDBS溶液,室温下振荡90min。过滤,取滤液测定滤液中SDBS的浓度,然后取蛋壳风干,置于烧杯中,加入50mLNaOH溶液,静置,每隔1h(共8h)测定其滤液中SDBS的浓度。壳膜脱附实验:称取0.075g壳膜加入20mLpH为6.0的SDBS溶液,室温下振荡60min。过滤,取滤液测定滤液中SDBS的浓度,然后取壳膜风干,置于烧杯中,加入50mLNaOH溶液,静置,每隔1h(共8h)测定其滤液中SDBS的浓度。1.5吸附性能的确定1.5.1试验中的吸附率为吸附剂对吸附质的吸附量和去除率可以根据公式(1)、(2)计算:式(1)、(2)中:C1.5.2吸附剂的相互作用Langmuir等温吸附模型假设条件:吸附是单分子层的,被吸附分子之间没有相互作用力,吸附剂表面是均匀的;Freundlich等温吸附是描述非均相吸附体系的经验模型,是在多层吸附理论的基础上经过多次实验发展起来的Langmuir吸附方程为:Freundlich吸附方程为:式(3)、(4)中:C1.5.3绝对温度法应用Gibbs方程计算温度对平衡吸附的影响式(5)、(6)中:R为常数8.314,J/(mol·K);T为绝对温度,K;K为某一温度下的平衡常数(K=q1.5.4脱附率的测定实验脱附过程趋于平衡后,解吸量和脱附率按下式计算:式(7)、(8)中:C2结果与讨论2.1通过分析地壳和地壳之间的吸附性能2.1.1溶液ph值对sdbs处理效果的影响pH值是影响SDBS吸附的一个重要的因素2.1.2壳膜对sdbs的吸附分别改变蛋壳和壳膜吸附SDBS的时间来探究吸附时间对其吸附能力的影响。结果如图2所示,图2(a)是用2.50g的蛋壳吸附pH为7.0的SDBS溶液,200r/min的条件下改变振荡时间而得到的曲线图,从图中可以看出在吸附时间为90min时,蛋壳对SDBS的吸附已趋于饱和;图2(b)是用0.075g的壳膜吸附pH为6.0的SDBS溶液,200r/min的条件下改变振荡时间而得到的曲线图,从图中可以看出在吸附时间为60min时,壳膜对SDBS的吸附基本趋于饱和。无论是蛋壳还是壳膜作吸附剂,随着吸附时间的增加,吸附剂对SDBS的去除率整体呈现出先增加后下降的趋势。这是因为在吸附过程开始,吸附剂对SDBS的吸附主要集中在表面,随着吸附的进行,吸附质逐渐进入吸附剂的孔隙内,然后在内孔中的传质速度逐渐减慢,吸附容量随着时间缓慢增加,直至达到吸附平衡,而后继续延长时间可能会发生脱附现象使去除率和吸附量降低2.1.3吸附剂用量的影响图3(a)是用0.5～4.0g蛋壳分别处理pH为7.0的SDBS溶液得到的曲线图;图3(b)是用0.025～0.125g壳膜分别处理pH为6.0的SDBS溶液得到的曲线图。分别探究了蛋壳和壳膜的用量对废水中SDBS的吸附量和去除率的影响。从图中可以看出,无论是蛋壳还是壳膜做吸附剂,SDBS的去除率都随着吸附剂用量的增加而增加,最终趋于稳定达到吸附饱和,而吸附量却随着用量的增加而降低。吸附量降低是因为溶液中的SDBS的浓度是一定的,如果吸附已经达到饱和,再增加吸附剂用量会使单位质量的吸附剂吸附SDBS的量下降。2.1.4壳膜的吸附机理取一系列不同浓度pH为7.0的50mLSDBS溶液,加入2.50g蛋壳,分别在293、313K温度下,探究蛋壳对SDBS的吸附情况,结果如图4(a)所示;取一系列不同浓度pH为6.0的20mLSDBS溶液,加入0.075g改性壳膜,分别在293、313K温度下,探究壳膜对SDBS的吸附情况,结果如图4(b)所示。以平衡浓度C表1是根据公式(3)和(4)计算出的相关参数,从表中可知在温度为293K和313K时,蛋壳作为吸附剂时Freundlich方程的相关系数为0.9983和0.9997,远高于Langmuir方程拟合的相关系数0.5054、0.8847。同样,壳膜作为吸附剂时Freundlich方程的相关系数远高于Langmuir方程拟合的相关系数。说明Freundlich方程能更好地描述蛋壳和壳膜对SDBS的吸附特性,因此该吸附过程属于多层吸附2.1.5壳膜和壳热的吸附行为根据公式(5)和(6)计算得到蛋壳和壳膜吸附SDBS的热力学参数。如表2所示,可以看出,ΔG均为负值,表明蛋壳和壳膜的吸附过程都是自发进行的;ΔH均为正值,表明该吸附过程是吸热的,提高温度有利于该吸附的进行;ΔS均为正值,表明该吸附过程是熵增过程2.2脱附量的测定用NaOH溶液分别处理吸附SDBS后的蛋壳和壳膜,测定其滤液中SDBS的浓度。由图5可知,NaOH溶液对蛋壳和壳膜的脱附量随着时间的增加呈现先增加而后基本不变的趋势。8h后,NaOH溶液对蛋壳和壳膜的脱附基本趋于饱和,并且对壳膜的脱附率为57.1%,对蛋壳的脱附率为62.2%,说明蛋壳和壳膜在吸附SDBS后具有较好的可再生性。3壳膜和壳膜对sdbs的等温吸附性能(1)比较蛋壳和壳膜对SDBS的吸附量可知,壳膜的吸附能力明显优于蛋壳。这是由于蛋壳表面主要是由钙盐组成的石灰质硬壳,较粗糙,空隙大;而壳膜是由胶原蛋白纤维交织成的网状结构,紧密细致,且壳膜含有多种基团,因此其吸附性能优于蛋壳。(2)用Freundlich和Langmuir型方程模型对等温吸附过程进行拟合,结果表明,蛋壳和壳膜对SDBS的吸附更符合Freundlich型等温吸附方程,吸附过程以多层吸附为主。热力