共存表面活性剂对染料吸附过程的影响

1南昌大学实验报告学院：系：专业：年级：姓名：学号：组_______实验时间：指导教师签字：成绩：实验名称：共存表面活性剂对染料吸附过程的影响一、实验目的和要求探讨共存表面活性剂存在时对吸附剂吸附去除偶氮染料影响机制，以便了解实际环境中共存表面活性剂存在时对染料的迁移的影响，为吸附处理偶氮染料废水采用的吸附方法提供理论依据。二、实验原理吸附处理方法的原理，主要是利用吸附剂本身的吸附性能，结合废水的特点，合理选择吸附剂，对废水进行物理吸附和化学吸附。吸附法的利用，是将废水中的污染物质蓄积在固体吸附剂周围，或进入吸附剂内部结构中，以化学键的作用达到吸附稳定的状态，然后再通过固液分离达到废水的处理目的。目前应用最多的吸附剂主要有活性炭、粘土吸附剂、高分子吸附剂和复合吸附剂。我国是全球染料生产、使用和出口第一大国。由于染料特殊的高物化稳定性，其废水处理对传统的生化处理方法提出挑战。由于染整过程中表面活性剂的大量使用，导致染料废水中不仅含有染料分子而且往往富含表面活性剂。而表面活性本身也是水中危害较大且难以处理的一类有机污染物，不仅影响水的感官状况，而且可能导致水体的富营养化，且由于其增溶作用导致其他有毒有机污染物在水中浓度进一步增加。表面活性剂自身具有亲水集团和亲油集团的物质。其分子结构中一端是亲油集团，主要是非极性烃链。而另一端是亲水集团，为极性集团，主要的物质是含碳氢键的直链烷烃、和支链烷基，以及烷基苯基等。它能使得液体的表面张力显2著下降，具有良好的增溶、乳化、助悬、润湿、渗透或反润湿，分散或凝聚，起泡、消泡作用。表面活性剂对吸附过程的影响主要体现在以下几个方面：形成液相胶束，其增溶作用抑制固相吸附剂的吸附作用，导致吸附去除能力降低；形成固相胶束，其分配作用增加固相吸附剂的吸附作用，导致吸附去除能力增加；离子型表面活性剂与同种电荷的染料分子相互竞争吸附电位，且电性相同相互排斥，导致吸附剂吸附能力降低；表面活性剂在吸附剂表面的吸附，使得吸附剂吸附空间减小（或堵塞），导致其吸附能力降低。具体的影响需要根据实际情况具体分析。三、主要仪器设备恒温振荡器、电动离心机、772型紫外可见分光光度计、电子分析天平、鼓风干燥箱、移液器、容量瓶、烧杯、移液管、移液枪。金橙II、溴化十六烷基三甲铵（阳离子表面活性剂，CTMAB）和十二烷基硫酸钠（阴离子表面活性剂，SDS）、活性炭、膨润土。金橙II的化学结构式见下图，部分物理化学参数见下表。NaO3SNNOH橙II的化学结构式橙II（OrangeII）的物理化学参数化学式染料索引分子量g/mol水溶解度g/Lλmaxnmε(mmol/L)-1cm-1pKaC16H11N2O4SNaC.I.AcidOrange7350.32100（100oC）4841.6×10411.4四、实验内容及实验数据记录1、吸附实验基本条件溶液体积：25mL；吸附剂用量：1.0g/L；转速：200rpm；恒温30℃2、绘制金橙II染料的标准曲线3先用去离子水配制35mg/l的金橙II染料标准溶液，在比色管中用蒸馏水稀释配制成浓度分别为1mg/l、3.5mg/l、7mg/l、14mg/l、21mg/l、28mg/l的系列标准溶液，用分光光度计测定吸光度值，得出标准曲线（浓度与吸光度的关系曲线）。浓度，mg/l13.5714212835吸光度在计算机中进行线性回归分析，得到浓度与吸光度值的线性关系（选用线性、过圆点），要求R2达到0.9995。3、基本吸附实验步骤在50mL锥形瓶中分别加入25mL的一系列浓度的金橙II染料，然后分别加入0.0250g的吸附剂，将其放在温度为30℃的振荡器上，振荡到吸附平衡时取出，以一定的速度离心分离15min，测定上清液中剩余染料吸光度。4、活性炭吸附体系（不加表面活性剂）在8个锥形瓶中分别加入25mL的一系列浓度的金橙II染料，然后分别加入0.0250g的活性炭，将其放在温度为30℃的振荡器上，24小时后取出。将溶液倒入离心管，高速离心15min取出上清液，用分光度计中测量，得出吸光度。而后根据标准曲线计算平衡浓度，计算吸附量。初始浓度，mg/L50100150200250300400600测定时稀释倍数00258101020吸光度Ce，mg/L吸附量，mg/g5、活性炭吸附体系（加阳离子表面活性剂CTMAB）在8个锥形瓶中分别加入25mL的一系列浓度的金橙II染料，然后分别加入0.0250g的活性炭和0.0080gCTMAB，将其放在温度为30℃的振荡器上，24小时后取出。将溶液倒入离心管，高速离心15min取出上清液，用分光度计中测量，得出吸光度。而后根据标准曲线计算平衡浓度，计算吸附量。4初始浓度，mg/L50100150200250300400600测定时稀释倍数0000241015吸光度平衡浓度Ce，mg/L吸附量，mg/g6、膨润土吸附体系（不加表面活性剂）在8个锥形瓶中分别加入25mL的一系列浓度的金橙II染料，然后分别加入0.0250g的膨润土，将其放在温度为30℃的振荡器上，24小时后取出。将溶液倒入离心管，高速离心15min取出上清液，用分光度计中测量，得出吸光度。而后根据标准曲线计算平衡浓度，计算吸附量。初始浓度，mg/L5102030406080120测定时稀释倍数00022345吸光度Ce，mg/L吸附量，mg/g7、膨润土吸附体系（加阳离子表面活性剂）在8个锥形瓶中分别加入25mL的一系列浓度的金橙II染料，然后分别加入0.0250g的膨润土和0.0080gCTMAB，将其放在温度为30℃的振荡器上，24小时后取出。将溶液倒入离心管，高速离心15min取出上清液，用分光度计中测量，得出吸光度。而后根据标准曲线计算平衡浓度，计算吸附量。初始浓度，mg/L160200240280320360400460测定时稀释倍数000023410吸光度平衡浓度Ce，mg/L吸附量，mg/g8、活性炭吸附体系（加阴离子表面活性剂SDS）5在8个锥形瓶中分别加入25mL的一系列浓度的金橙II染料，然后分别加入0.0250g的活性炭和0.0080gSDS，将其放在温度为30℃的振荡器上，24小时后取出。将溶液倒入离心管，高速离心15min取出上清液，用分光度计中测量，得出吸光度。而后根据标准曲线计算平衡浓度，计算吸附量。初始浓度，mg/L40506080100150200250测定时稀释倍数000024510吸光度平衡浓度Ce，mg/L吸附量，mg/g五、实验数据处理在恒定的温度条件下，当吸附达到平衡时，吸附剂表面上的吸附量（qe）与溶液中溶质平衡浓度（Ce）之间的关系，可用吸附等温线来表达。本实验要求将以上所有吸附等温线作在一张图上进行比较，并将吸附等温线用Langmuir型和Freundlich型进行回归，具体回归方法见下：1、Freundlich型等温式：nekcq/1若两侧取对数，则有：clgn1klgqlge以lgqe和lgc作图可得一直线。lgk为截距，因此，k值是lgc=0时的吸附量，它可以大致表示吸附能力的强弱。1/n为斜率，它表示吸附量随浓度增长的强度。该等温线不能给出饱和吸附量。2、Langmuir型等温式：eemebc1bcqq式中：qe—平衡时的吸附量；b—常数；qm——最大吸附量；ce—平衡浓度将上式转化为：memeqcbqq1111，以1/qe和1/ce作图得到的曲线就是Langmuir曲线，1/qm是截距,1/qmb是斜率。六、思考1、如何配置25ml所需的染料浓度？