阳离子表面活性剂改性树脂润湿和除油性能研究
环氧树脂的水性化技术与研究进展
环氧树脂的水性化技术与研究进展周继亮,张道洪,李廷成(中南民族大学化学与材料科学学院,湖北武汉430074) 收稿日期:2007-07-20作者简介:周继亮(1974-),男,博士,主要从事精细化工方面的研究。
E 2mail:tiger741005@ 。
摘要:对环氧树脂的水性化技术的原理及方法进行了系统的分类及论述;对不同水性化技术方法的特点进行了综述评论。
总结了环氧树脂水性化技术的研究进展及其发展趋势。
关键词:环氧树脂;水性;乳化中图分类号:T Q433.4+37;T Q436+.5 文献标识码:A 文章编号:1001-5922(2007)06-0040-041 前言环氧树脂具有优良的工艺性能、力学性能和物理性能,广泛地应用于胶粘剂、涂料、机械、电子等领域[1]。
常用的环氧树脂大多数为黏稠的液体或固体,不溶于水,溶于有机溶剂。
而大多数有机溶剂易挥发、易燃易爆、有毒,随着对环境保护的要求日益迫切和严格,使环氧树脂的应用受到了一定限制。
于是,环氧树脂的水性化技术便得到了应用和发展。
所谓水性环氧树脂是指通过物理或化学的方法,使环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的分散介质中而成为稳定分散体系或水溶液[2]。
环氧树脂的水性化技术可以分为3大类,即外加乳化剂法、固化剂乳化法和化学改性法。
2 外加乳化剂法外加乳化剂法是指在乳化剂的作用下,借助于超声振荡、高速搅拌或均质机乳化等手段使环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在水中,形成稳定的水乳液的方法[3]。
所用的环氧树脂主要是双酚A 型环氧树脂。
相对分子质量低的树脂易乳化,但生成物一般硬度高、脆性较大;相对分子质量较高的树脂粘附性和柔韧性好,但熔点高,难乳化。
采用高黏度或固体环氧树脂配制乳液时需要加热,并加入助溶剂使之溶解,以降低黏度,采用的溶剂有二甲苯等。
为了增加乳液的贮存期,还可考虑加入疏水性胶体物质作保护剂,如聚乙烯吡咯烷酮和纤维素类物质。
乳化剂是一种表面活性剂,其结构及亲水亲油平衡值(HLB )是决定其乳化性能的关键因素。
表面活性剂分析：润湿力测定
表面活性剂分析润湿力测定
润湿:
一种流体（气体或液体）被另一种液体从固体表面或固液界面置换的过程。
表面活性剂可以改变体系的润湿性质。
表面活性剂
表面活性剂具有这种润湿织物的能力称为润湿力或渗透力。
测定润湿力的方法：接触角法、沉降法、浸没法等。
浸没法：本方法参照标准GB 11983—1989
方法概述：
将已知特性的棉布圆片夹在浸没夹内，浸没于已知浓度的表面活性剂溶液中。
由于棉布中包藏空气。
棉布圆片趋向于浮到液面，可借助特制的浸没夹，使棉布圆片保持完全浸没于溶液中。
空气被取代，溶液渗透迸棉布后，棉布圆片开始下沉。
测量棉布圆片从浸没到开始下沉的时间间隔来测定润湿时间。
浸没夹 操作图解
同一溶液重复测定10次，取平均值。
测定浓度由稀至浓依次测定。
操作装置及图解
溶液配制原则：
1.先配制1g/L的溶液，由其再配制其它浓度。
2.配制5种溶液浓度：最低浓度的润湿时间约300s，最高浓度的润湿时间约为5s。
3.温度20℃±2℃。
分别测定两种标准(或两种已知润湿特性)的表面活性剂和被测表面活性剂5种不同浓度溶液的润湿时间。
绘图比较结果：
绘制“润湿时间一浓度”曲线，比较曲线的相对位置，以确定被测表面活性剂的润湿力。
注意事项：
1.溶液浓度配置：5s~300s，五种；
2.泡沫：避免；
3.温度：20℃；
4.重复十次：每种浓度十次求平均值。
碳纤维后处理工艺流程
碳纤维后处理工艺流程碳纤维是一种轻、强、高模量的新型纤维材料，具有优异的力学性能和化学稳定性，广泛应用于航空航天、船舶、汽车、体育器材等领域。
然而，碳纤维作为一种高性能材料，在生产过程中仍然需要进行后处理工艺，以提高其表面质量和增强其性能。
碳纤维后处理工艺涉及到表面处理、改性处理和功能化处理等环节，本文将详细介绍碳纤维后处理工艺流程。
一、碳纤维后处理工艺流程概述碳纤维后处理工艺是在碳纤维制备过程中的最后一个环节，主要目的是改善碳纤维的表面性质，提高其粘接性、润湿性、导热性等特性，进而增强其在复合材料中的应用效果。
碳纤维后处理工艺流程主要包括表面处理、改性处理和功能化处理三个环节，具体步骤如下：1.表面处理碳纤维的表面处理是后处理工艺的第一步，主要是利用物理或化学方法清洁碳纤维表面，去除尘埃、油脂和其他污染物，以确保后续处理工艺的顺利进行。
常用的表面处理方法包括喷砂、溶剂清洗、气体等离子处理等。
2.改性处理改性处理是碳纤维后处理工艺的核心环节，通过改性处理可以有效改善碳纤维的表面特性，增强其黏附性和润湿性，提高其力学强度和耐热性。
常用的碳纤维改性处理方法包括氧化、氢化、表面活性剂处理、离子注入、化学涂层等。
3.功能化处理功能化处理是对碳纤维进行特定功能的表面改性，以赋予其特定的性能，如增强导电性、抗静电性、耐化学腐蚀性等。
常用的碳纤维功能化处理方法包括导电涂层、化学修饰、阳离子改性等。
以上是碳纤维后处理工艺流程的概述，下面将详细介绍每个环节的具体处理工艺。
二、碳纤维后处理工艺流程详解1.表面处理表面处理是碳纤维后处理工艺的第一步，其目的是清洁碳纤维表面，去除表面杂质和污染物，提高后续处理工艺的效果。
常用的表面处理方法包括：（1）喷砂：利用高速气流将砂粒冲击碳纤维表面，去除表面污染物和氧化层，增加表面粗糙度，提高黏附性。
（2）溶剂清洗：采用有机溶剂如丙酮、丙醇等对碳纤维表面进行清洁，去除油脂、树脂等污染物。
润湿反转剂的制备与性能评价
润湿反转剂的制备与性能评价润湿反转剂是广泛应用于油水分离等领域的一种新型表面活性剂，其具有优异的润湿性和浸润性，能够将液体喷涂至任何不易润湿的表面，使其表面张力降低。
本文着重介绍了润湿反转剂的制备工艺及其性能评价。
一、润湿反转剂的制备方法制备润湿反转剂的主要材料为亲水性-疏水性结构的聚合物，其中疏水基团主要来自于十二烷基苯基三甲基氯化铵，亲水基团主要来自于PEG（聚乙二醇）。
具体制备方法如下：1. 首先将十二烷基苯基三甲基氯化铵通过溶剂交换法转化为离子型表面活性剂，再在PEG水溶液中缓慢加入离子型表面活性剂。
2. 随后经过振荡、超声波处理、搅拌等方法充分混合，并升高温度至50~60℃进行反应1小时。
3. 最后，用超声波分散将制得的乳液加热至80℃，保温5~10分钟，得到稳定的液体。
二、润湿反转剂的性能评价1. 界面张力界面张力是评价润湿反转剂效果的重要指标，此处我们采用环烷烃（如四氢呋喃）接触角法，测试润湿反转剂在不同浓度下对界面张力的影响。
实验结果表明，当润湿反转剂浓度达到0.1 mg/mL时，其表面张力显著减小，降低了约10mN/m。
2. 溶解性能润湿反转剂的溶解性能对其应用范围有很大的影响。
此处我们采用薄膜溶解法，测试润湿反转剂在不同介质中的溶解性能。
结果表明，在水、乙醇、苯三酚等介质中，润湿反转剂均表现出优异的溶解性能。
特别是在水中的溶解度达到了1.5g/L以上。
3. 稳定性能润湿反转剂的稳定性能与其在应用中的持久性密切相关。
为了测试润湿反转剂的稳定性，我们以文献报导的方法，制备加入DN12破乳剂的润湿反转剂试验样本，逆流助力下进行稳定性考察。
结果表明，加入DN12破乳剂的润湿反转剂样品稳定性得到了有效的提高，经过逆流100h，其乳化稳定性未受到影响。
综上所述，本研究采用离子型表面活性剂与PEG组成的润湿反转剂，具有降低界面张力、良好的溶解性，且稳定性表现出色等优点。
该润湿反转剂在实际应用中应具有广泛的应用前景。
阳离子表活剂
阳离子表活剂阳离子表活剂是一类广泛应用于工业和家庭清洁产品中的化学物质。
它们在清洁剂、洗发水、洗衣粉、洗洁精等产品中起着重要的作用。
本文将介绍阳离子表活剂的定义、分类、作用机制以及在不同产品中的应用。
一、定义阳离子表活剂是指带有正电荷的表面活性剂，其分子结构中含有正离子官能团。
阳离子表活剂能够吸附在物体的表面，通过与水中负离子的作用，起到增强清洁能力、改善乳化稳定性和增强产品的附着力等作用。
常见的阳离子表活剂有季铵盐类、季胺盐类、季铵腈类等。
二、分类阳离子表活剂按照其结构和性质的不同可以分为以下几类：1. 季铵盐类：如十六烷基三甲基溴化铵，具有优良的杀菌和消毒能力，广泛应用于家庭清洁产品和医疗消毒领域。
2. 季胺盐类：如十六烷基三甲基溴化胺，具有良好的抗静电性能，常用于洗发水、护发素和柔顺剂等产品中。
3. 季铵腈类：如十六烷基三甲基腈化铵，具有优异的分散乳化性能，常用于洗涤剂和涂料中。
三、作用机制阳离子表活剂的作用机制主要分为两种：1. 吸附作用：阳离子表活剂的正离子官能团与物体表面的负离子官能团发生静电作用，使阳离子表活剂吸附在物体表面，形成一层薄膜。
这层薄膜可以降低物体表面的表面张力，使污垢与物体表面分离，从而起到清洁作用。
2. 乳化作用：阳离子表活剂可以在水中形成胶束结构，将油性物质包裹在内部，形成乳液。
这种乳化作用可以使油污和水分散均匀，便于清洗和去除。
四、应用领域阳离子表活剂广泛应用于各个领域，包括但不限于以下几个方面：1. 家庭清洁产品：阳离子表活剂可以增强清洁剂的去污能力，改善清洁效果，常见的家庭清洁产品如洗衣粉、洗洁精、洗手液等中都含有阳离子表活剂。
2. 个人护理产品：阳离子表活剂可以增强洗发水、护发素等产品的乳化稳定性，使头发更加柔顺，常见的个人护理产品中也含有阳离子表活剂。
3. 工业清洁产品：阳离子表活剂在工业清洁产品中起到重要作用，如汽车清洗剂、金属清洗剂等都含有阳离子表活剂。
新型改性水性环氧树脂的制备及性能研究
新型改性水性环氧树脂的制备及性能研究摘要：环氧树脂是一种化学性质优异的材料，其中包含环氧基、羟基和醚键等多种活性反应基团，因此在各种领域得到广泛应用。
然而，传统的溶剂型环氧树脂由于其高挥发性有机化合物（VOC）含量已经无法满足现代绿色环保的需求，因此研究环氧树脂水性化技术及其改性化方法就显得非常重要。
通过采用自制反应型表面活性剂作为亲水基团，并加入低分子量环氧树脂等原料进行制备，可以得到环氧当量在800g/eq左右的水性化环氧树脂。
与市售的水性环氧树脂相比，这种材料具有优异的打磨性能和耐水性能，而且干燥性能也更加出色，适合于“湿碰湿”体系。
此外，由于它能添加更少的固化剂，因此也具有更好的性价比。
鉴于此，本文将讨论新型改性水性环氧树脂的植被以及改性后的性能，旨在推广和应用水性化环氧树脂技术，促进经济可持续发展和环保事业的发展。
关键词：水性环氧树脂；制备；性能前言：环氧树脂是一种常用于涂料、粘结剂等产品的树脂基体，由于其具有优异的附着力强、力学性能高、耐化学品性和电绝缘能力等特性，在建筑结构工程、机械零件加工以及航空工业制造等领域得到了广泛应用。
然而，传统的溶剂型环氧树脂存在致毒、挥发性强等问题，因此研究环保、安全而有效的水性环氧树脂已成为专家学者的关注重点。
本研究合成的新型水性环氧树脂具有更大的分子量以及更好的乳化效果，同时与常规水性环氧树脂相比稳定性更佳、早期打磨性能更好、耐水性能更优秀，解决了目前水性环氧树脂存在的一系列问题。
此外，本研究中合成的水性环氧树脂还具有优异的成膜性能，涂层表面光滑、均匀，具有良好的外观效果。
一、水性环氧树脂改性研究进展（一）聚氨酯改性水性环氧树脂聚氨酯具有良好的韧性、耐冲击性和耐腐蚀性等优点，对环氧树脂进行改性可以有效改善其本身的质脆、耐冲击性不足的缺点，提高涂膜的综合性能。
改性方法可以采用物理共混合共聚改性法。
通过将不同粒径的水性聚氨酯与市售水性环氧乳液进行物理共混，当水性聚氨酯粒径为55nm且比例为5%时，可明显增强环氧树脂的韧性，并提高拉伸性能和涂膜的耐冲击性和柔韧性等[1]。
改性PAE树脂作纸张干强剂的研究开发
改性PAE树脂作纸张干强剂的研究开发改性PAE树脂作纸张干强剂的研究开发一、引言纸张作为重要的工业和生活用品，其干强度是决定其质量的重要指标之一。
随着社会和经济的发展，对纸张品质的要求越来越高。
为了提升纸张的干强度，改性PAE树脂被广泛应用作纸张的干强剂。
本文旨在研究和开发改性PAE树脂，以提高纸张的干强度。
二、改性PAE树脂的物性改性PAE树脂是一种聚合物，具有良好的附着力、抗水性、耐久性和增强纸张干强度的能力。
在纸张制造工艺中，PAE树脂通过自身的缩聚特性，在纤维表面形成一层均匀而致密的薄膜。
这层薄膜可以增加纸张的表面张力，从而提高纸张的干强度。
三、改性PAE树脂的制备方法改性PAE树脂的制备方法主要包括以下几个步骤：1. 原料配制：选择合适的甲醛、尿素和丙烯酸等原料，按照一定比例进行配制。
2. 反应聚合：将配制好的原料混合并加热，进行反应聚合。
在聚合过程中，通过引入适量的交联剂，可以控制聚合反应的速率和程度。
3. 中和调节：在聚合反应完成后，用酸、碱等中和剂调节PH值，进一步改善树脂的性能。
4. 过滤净化：对合成后的树脂进行过滤净化，去除其中的杂质和不溶物。
5. 整理包装：对净化后的树脂进行整理和包装，以便在纸张制造中使用。
四、改性PAE树脂在纸张制造中的应用1. 添加量控制：改性PAE树脂的添加量是影响纸张性能的重要因素之一。
过高或过低的添加量都会对纸张的干强度产生负面影响。
因此，在实际应用中，需要对添加量进行合理的控制。
2. 干燥条件：改性PAE树脂需要通过干燥工艺与纸张相结合，使其能够在纸张表面形成均匀且稳定的薄膜。
干燥温度和时间是影响纸张干强度的重要因素。
过低或过高的干燥温度都会导致薄膜形成不完整，从而影响纸张的干强度。
3. 表面处理：改性PAE树脂在纸张制造过程中可以与其它表面处理剂相结合，以进一步提高纸张的干强度。
例如，可以将改性PAE树脂与纤维表面活性剂一起使用，以提高纤维的润湿性，从而使树脂更好地附着在纤维上。
持久性有机污染物的吸附研究进展
持久性有机污染物的吸附研究进展乔澍;谢昆;付川;林俊杰【摘要】文章综述了活性炭、沸石、各种黏土矿和碳纳米管等多孔物质作为吸附剂处理水体中持久性有机污染物的研究进展,并对将来吸附材料的发展趋势做出预测.【期刊名称】《重庆三峡学院学报》【年(卷),期】2011(027)003【总页数】4页(P81-84)【关键词】持久性有机污染物(POPs);吸附;进展【作者】乔澍;谢昆;付川;林俊杰【作者单位】重庆三峡学院,重庆万州,404100;重庆三峡学院,重庆万州,404100;重庆三峡学院,重庆万州,404100;重庆三峡学院,重庆万州,404100【正文语种】中文【中图分类】O647.31持久性有机污染物（POPs）因其在环境中具有长期残留性、生物累积性、半挥发性和高毒性，引起了环境科学家的普遍关注.[1]POPs在水环境中长期暴露并在生物体脂肪内富集，对生态系统和人体健康具有巨大的危害.但是由于POPs在水体中浓度极低（每升水ng～pg级），通过常规水处理方式很难去除.吸附法是目前被广泛采纳的一种处理方法，所用吸附材料包括活性炭、沸石、黏土矿物和最新出现的碳纳米管等多孔物质.作者下面将就这几种常用材料的应用情况分别进行介绍.1 活性炭由于具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，活性炭作为吸附剂被广泛应用于饮用水及污水处理过程中[2].但活性炭对水中有机物的吸附缺乏选择性，容易饱和，需要不断再生，[3]对于目前人们最为关心的低浓度、亲脂性POPs的吸附效果并不理想.曲久辉等[4]研制了三油酸甘油酯活性碳复合吸附剂，对七氯和环氧七氯两种POPs的吸附性能进行考察，并使用颗粒活性炭进行对照实验.实验结果表明，类脂复合吸附剂对亲脂性更强的七氯有更好的吸附选择性，并且对这两种POPs的吸附效果均优于传统活性炭.解立平等[5]利用木类、纸张、塑料等固体有机废弃物热解物为原料，制备中孔活性炭，对二噁英和甲苯有良好的吸附性能.徐浩东等[6]利用三甲基氯硅烷（TMCS）对活性炭进行表面改性，研究了改性活性炭对水中苯胺、硝基苯及苯甲酸等典型有机污染物的吸附性能及特性，通过BET对吸附剂进行表征.结果表明，硅烷化改性后活性炭对水中的苯胺、硝基苯、苯甲酸的吸附容量有明显提高.2 沸石天然沸石是自然界广泛存在的一种硅铝酸盐矿物质，由硅氧（SiO4）四面体和铝氧（AlO4）四面体通过处于顶点的氧原子互相联结而成.这种特殊结构使沸石表面带负电荷，此负电荷被金属阳离子（K+、Na+、Ca+等）平衡.沸石中的这些阳离子可与其他阳离子发生交换，并保持骨架结构不发生变化.另外，沸石特殊的硅（铝）氧四面体结构使其孔隙率高达 50%，比表面积大（400～800m2/g），[7]具有较强的吸附能力，沸石的这些特性为其广泛应用创造了良好的前提条件.但是由于天然沸石表面硅氧结构亲水性强，使得沸石表面通常存在一层水膜，因而不能有效地吸附疏水性的有机污染物，需对其进行改性后才能用于有机物的吸附.改性方法分为外部改性和内部改性两种，内部改性的目的是通过改变内部结构、孔径，使污染物进入孔道内部从而得到去除，此方法多用于小分子污染物的去除.对于有机物的吸附，多采用外部改性的方法完成.目前多采用阳离子表面活性剂（如十六烷基三甲基溴化铵,HDTMA）对沸石的无机阳离子进行置换，从而得到有机沸石.由于有机阳离子的水合作用明显小于无机阳离子，可大大减少沸石表面的水分子量，因而对有机污染物的吸附能力比天然沸石强几十甚至几百倍.目前文献中报道的改性方法和适用吸附的有机污染物类型在表 1中列出.表1 改性有机沸石和适用有机污染物类型Tab. 1 The modification of organic zeolite and removal of different organic pollutants改性所用表面活性剂可吸附的有机污染物文献出处十六烷基三甲基溴化铵、四甲基铵脱氢松香酸 [8]十六烷基三甲基溴化铵苯、苯酚、苯胺、全氯乙烯 [9,10]十六烷基三甲基溴化铵、溴化十六烷基吡啶翁苯、甲苯、苯酚 [11]十六烷基三甲基溴化铵苯胺、硝基苯 [12]二甲苯甲基氯化十八烷酰胺莠去津、林丹、二嗪农 [13]十六烷基三甲基氯化铵、二甲基苄基硬脂酸铵、二甲基二硬脂酸铵杀虫剂 [14]十六烷基三甲基溴化铵、DOWFAX-8390、STEOL-CS330、Aerosol-OT苯、甲苯、乙苯、二氯苯、萘、菲 [15]3 黏土矿物由于黏土矿物如蒙脱石、膨润土等来源广泛、价格低廉，并且聚金属阳离子、季铵盐等阳离子可以通过离子交换的方法进入黏土矿物层之间，层间膨胀后形成各种有机或者无机的复合材料，在常温、常压下，改性黏土矿物在环境保护中得到了广泛的应用[16-20].孙洪良[21]制备了]螯合剂柱撑有机膨润土，用于吸附水中有机物对硝基苯酚( PNP)和重金属离子Cu2+，实验结果表明：螯合剂柱撑有机膨润土对有机污染物的吸附主要表现为有机物在长碳链疏水介质中的分配，其吸附能力和膨润土内有机碳、氮含量一致;对水中重金属离子的吸附机理是 Cu2+和进入膨润土层间的有机螫合剂Am形成了配合物，其吸附能力和所形成配合物的稳定性一致.吴平宵等[22]分别用无机-有机改性柱撑蒙脱石对模拟废水中的苯酚进行吸附试验，结果表明，用表面活性剂改性的柱撑蒙脱石，能较大幅度地提高对苯酚的吸附能力.经500℃灼烧后柱撑蒙脱石可再生使用，是一种潜在的吸附环境污染物的物质.顾曼华等[23]采用氯化十六烷基吡啶（CPC）、溴化十六烷基吡啶（CPB）和溴化十六烷基三甲铵（CTMAB）改性蒙脱石，处理水中硝基苯，25℃时吸附容量质量分别为117. 0mg·g- 1和87. 6mg·g- 1，去除率为50%～60%.朱利中等[24]用阳离子表面活性剂改性蒙脱石，制得一系列有机蒙脱石，研究其吸附处理水芳香有机污染物的性能、机理及影响因素，结果表明有机蒙脱石去除水中有机物的能力远高于原土；有机蒙脱石对水中有机物的去除率及饱和吸附容量与改性时所用季铵盐阳离子表面活性剂的种类、碳链长度及浓度有关，还与有机物本身的性质(极性、辛醇- 水分配系数等)及其与有机蒙脱石之间的作用方式有关.4 碳纳米管碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体，每个管状层由碳六边形构成，与石墨内结构相似，其中碳原子以 sp2杂化为主，混合有部分sp3杂化.按其石墨层数分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，根据不同的卷曲方式单壁碳纳米管分为扶手椅管、锯齿管和手性管.多壁碳纳米管的层数可以在两层到几十层之间.碳纳米管具有较大的表面积和分子尺寸孔洞，自 1991年[25]被研制并能批量生产后就用作吸附剂在环境保护方面有着广泛的应用，在水体污染物吸附方面的研究已有相关综述报道.[26]梁华定等[27]研究多壁碳纳米管对水中 2-硝基苯酚和2, 4-二氯苯酚的吸附规律.测定不同温度下两物质的吸附等温线，研究吸附的热力学特性和吸附机理.结果表明，碳纳米管对2-硝基苯酚和2, 4-二氯苯酚具有良好的吸附效果，饱和吸附量分别达到24.54 mg/ g 和30.53 mg/ g.用Freundlich 等温方程拟合碳纳米管对两种化合物的吸附，其线性相关系数均大于0195 ；用Clapeyron-Clausius 方程拟合吸附过程，两种物质的线性相关系数都达0.99.-由于对酚分子π-π共轭作用的强弱不同，碳纳米管对2, 4-二氯苯酚的吸附能力大于2-硝基苯酚.李文军等[28]研究了碳纳米管作为一种新型吸附剂去除水中亚甲基蓝.考察了溶液pH 值、振荡时间、温度等对亚甲基蓝吸附的影响.溶液pH 对亚甲基蓝吸附影响较大，动力学数据显示吸附在8h达到平衡.通过对吸附数据拟合，发现在温度为298～338K 和浓度为2.5～12.5 mg/mol 的范围内，碳纳米管对亚甲基蓝的吸附等温线均符合Feundlich-L angmuir吸附等温式.张伟等[29]采用 3种不同直径的多壁碳纳米管（MWNTs）对 1, 2, 3-三氯苯( TCB) 进行吸附实验.结果表明，随MWNTs 直径减小，1, 2, 3-三氯苯吸附量增加.研究结果表明，MWNTs 与1, 2, 3-三氯苯之间的强吸附作用可能是因MWNTs 表面与1, 2, 3-三氯苯中苯环之间形成π电子对而实现的.5 小结水体中持久性有机污染物的吸附材料除了上述材料外，还有纤维素材料[30]、壳聚糖[31]、竹炭[32]、吸附树脂[33]等，在各自的领域中取得了很多突破.但普遍存在的问题是无法自由改变其中孔径大小，从而对多种有机污染物进行选择性吸附，且因为孔中多为极性键，经改性后有少量烷基或其他非极性基团，对有机污染物的吸附作用不强，易饱和，不利于少量POPs的富集.在未来的研究中，将金属有机配位化合物与碳纳米管配合使用，[34]可解决上述问题，可能是未来这类吸附材料的发展趋势.参考文献：[1]Jones K C, Voogt P D. 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理效果的影响, 进一步研究粗粒化材料的润湿性与 处理效果的关系, 以期为筛选合适的粗粒化材料提 供理论依据.
第 5期
周彦波等: 阳离子表面活性剂改性树脂润湿和除油性能研究
其斜率( K ) 为:
K = cos
( 2)
从而可得润湿接触角( ) :
= arccos( K )
( 3)
式中, 和 均可从相关手册查得. 而与颗粒本身 性质有关的参数 , 由于颗粒的粒径、形状系数差别 较大及填充造成的孔隙率不同, 实际上很难确定, 导 致准确测定润湿接触角很困难. 因此, 分别采用去 离子水和正己烷作为润湿液体, 通过润湿产生的压 差( P) 来考察改性前后树脂颗粒的相对润湿能力, 反映其亲水、亲油性能的变化.
用红外光谱仪测定样品的红外光谱, KBr 压片, 扫描范围为 350~ 4 000 cm- 1. 先将待测样品 R - H 和 R- CTAB 抽滤后自然干燥 1 h, 用综合热分析仪
测量样品热失重, 氮气气氛, 升温速率为 10 min, 反应温度为 50~ 800 . 废水 ( 油) 采用紫外 可见 分光光度计( 尤尼柯 UV- 2100 型) 测定; 浊度使用 浊度仪( 美国 Orion AQ2010 型) 测定.
填充床中的气体所引起压差( P ) 的平方是时间 t
的函数:
( P) 2 = cos t
( 1)
式中, P 为某一时刻管内压力的变化值; 为与颗 粒本身性质有关的参数; 为液体的表面张力; 为
液体黏度; 为润湿接触角; t 为液体渗入毛细管的
时间. 将( P ) 2 与 t 作图, 得到一条近似的线性直线,
改性前后的样品 R- H 和 R- CTAB 在相同的 升温速率 下的热失 重曲线如 图 1 所 示. 从图 1 可 见, R- H 和 R- CTAB 随着温度的升高而发生失重.
JK006 型阳离子交换树脂先经过预处理转化成 H 型( R- H) , 用去离子水洗至中性. 将 CTAB 和树 脂按一定比例加入具塞磨口烧瓶中, 在恒温水浴中 60 下反应 5 h, 通过 CTAB 阳离子与树脂磺酸基上 氢离子的交换反应, 将季铵盐基团接枝到树脂颗粒 上. 反应结束 后, 冷 却至室温, 用去 离子水洗 涤干 净, 得到改性树脂( R- CTAB) . CTAB 改性树脂的反 应方程式见下式:
废水. 采用热失重法( TG) 对改性前后的树脂进行 热稳定性分析, 并用 Washburn 压差法 研究了水 和正己 烷在改 性树脂 表面上
的润湿压差. 结果表明, 经过 CTAB 改性的 树脂颗粒( R- CTAB) 比未改性树脂( R- H) 吸水量少且失水 更加迅速, 疏水性 增强,
在200 时, R- CTAB 比 R- H 的失重低 9 40% . 润湿性试验表明, 经过 CTAB 改性后 树脂的水的 润湿性降低 , 正己 烷的润湿
3 结果与讨论
3. 1 改性前后样品的红外光谱分析
12
环境科学研究
第 21 卷
改性树脂的制备是利用季铵盐阳离子取代树脂
磺酸基团上的氢离子. 通过红外谱图( 图略) 对比发 现, 经 CTAB 改性后的树脂在2 854 cm- 1处出现了由 烷基的对称 伸缩 振动引 起的特 征吸收 峰, 在2 925 cm- 1 处出现了由烷基的不对称伸 缩振动引起的特 征吸收峰, 这些与未改性的树脂基本相似. 典型的 差异是改性后的树脂在1 473 cm- 1处出现了由季铵 基团烷基 C H 键弯曲变 形振动引起的 特征吸收 峰, 表 明 在 改 性 过 程 中 十 六 烷 基 三 甲 基 溴 化 铵 ( CTAB) 确实被接枝到了树脂上. 3. 2 改性树脂的热失重分析
2 试验
2. 1 试剂与仪器 十六烷基三甲基溴化铵( CTAB) , 分析纯; 正己
烷, 分析纯; JK006 型阳离子树脂( 上海华震科技有 限公司 ) . HHS - 4 型 电热 恒 温水 浴锅; 电 子天 平 (MP5002 型) ; 傅立 叶红 外光 谱仪 ( 美 国热 电集 团 Nicolet 5700 ) ; 综 合 热 分 析 仪 ( Labsys STA, 法 国 SETARAM 公司) ; 粉体接触角测量仪 ( JA99A, 上海 中晨数字技术设备公司) ; 紫外 可见分光光度计( 尤 尼柯 UV- 2100 型) ; 浊度仪( 美国 Orion AQ2010 型) . 2. 2 树脂改性反应
性提高, 改性树脂的表面润湿性能得以改变, 疏水性更突出. 处理含乳化油废水的试验表明, 改性后树脂对油 和浊度的去除率
分别高于未改性树脂 6 3% 和 9 5% .
关键词: 十六烷基三甲基溴化铵; 改性树脂; 热失重; 润湿性
中图分类号: X703
文献标志码: A
文章编号: 1001- 6929( 2008) 05- 0010- 04
石油化工、机械加工、食品和金属冶炼等行业每 年都会产生大量的含油废水[ 1 2] . 含油废水本身对 水生动植物和微生物有毒害[3] , 此外还在水面形成 油膜覆盖层, 削弱了水体自净功能. 目前国内外常 用的处理方法有气浮法、絮凝法、膜法、吸附法及生 物法等[4 9] , 这些方法存在能耗高、操作条件苛刻等 不足. 含油废水由于其成分复杂及含表面活性剂等 原因, 非常难处理. 因此迫切需要对传统工艺进行 革新, 开发一种可以高效破乳并使含油废水资源化
传感器测量因润湿液体在颗粒填充床毛细孔中上升
引起的气体压力变化, 来反映润湿液体的上升高度, 而且从压力考虑, 由于其变化较大, 误差较小, 比
仅从液体上升的高度上考虑能更加灵敏地反映出树
脂的润湿性变化. 根据 Washburn 方程, 液体由于毛细作用渗入半
径为 r 的颗粒毛细管中, 液体渗透过程中压缩颗粒
第 21 卷 第 5 期
环境科学研究 Research of Environmental Sciences
Vol. 21, No. 5, 2008
阳离子表面活性剂改性树脂润湿和除油性能研究
周彦波, 胡晓蒙, 鲁 军*
华东理工大学 资源与环境工程学院, 上海 200237
摘要: 以十 六烷基三甲基溴化铵( CTAB) 对苯乙烯离子交换树脂进行改性, 制备 CTAB 改性树脂, 并用改 性树脂处理 含乳化油
用粉体接触角测量仪测量样品的润湿压差, 水 和正己烷作为润湿液体, 树脂装样量1 500 0 g, 床高 6 cm, 装样时不断振打, 以保证每次试验时床 的高 度、密度尽量相同, 如果填料 床密度偏差超过 1% , 应重新装样. 测量时间为 0~ 1 200 s, 室温 20 下 进行, 每个样品的润湿试验均进行 6 次.
收稿日期: 2007- 12- 29
修订日期: 2008- 01- 16
基金项目: 国家自然 科学基 金项 目( 50578170) ; 上海市 重点学 科资
助项目( B506)
作者简介: 周 彦 波 ( 1982 - ) , 男, 内 蒙 古 赤 峰 人, 博 士 研 究 生,
yanbo- zhou@ yahoo. com. cn. * 责任作者, 鲁军( 1949- ) , 男, 上海人, 教授, 博士生导 师, 主要研究
Wettability and Oil Removal Performance of Modified Resin by Cationic Surfactant
ZHOU Yan bo, HU Xiao meng, LU Jun
College of Resource & Environmental Engineering , East China University of Science & Technology, Shanghai 200237, China
方向为环境工程, lujun@ ecust. edu. cn
利用的技术. 许多研究者都尝试对传统废水处理材 料进行改性[ 10 12] . 国内外对表面活性剂改性无机材 料如有机膨润土的研究已开展了多年, 但鲜有学者 采用表面活 性剂 对离子 交换树 脂进 行改 性研 究. Roques 等[ 13] 用十六烷基氯化吡啶对一类苯乙烯树 脂进行改性, 发现改性树脂与未改性的树脂相比能 提高粗粒化材料油水分离效率; 改性材料对乳化油 的去除效果在很大程 度上取决于材料本身的 润湿 性, 其主 要影响油水分 离效率及材料 的再生[ 14 15] . 鉴于此, 笔者在进行了表面活性剂的前期初选后, 采 用十六烷基三甲基溴化铵对苯乙烯类阳离子交换树
( 4)
2. 3 废水处理试验 配制模拟乳化油废水, 将十二烷基苯磺酸钠溶
入柴油, 加一定量的水, 用高速搅拌器搅拌 5 min, 转 速为4 000 r min. w ( 乳化剂) 为 0 1% . 分别将一定 体积的 R- H 和 R- CTAB 填入直径为 1 5 cm 的玻 璃柱, 装填过程中不停搅动以排掉气泡使床层密实. 乳化油废水由蠕动泵从下至上通过树脂床层. 取同 一时刻的进水和出水水样, 测定 ( 油) 和浊度. 2. 4 分析测试
11
1 理论
接触角是反映物质与液体润湿性关系的重要尺
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
度. Washburn 法通过测量液体渗入颗粒填充床中的
毛细孔的高度来计算液体在固体颗粒上的接触角. YANG 等[16] 验证了 Washburn 方程用于粒径为0 45~ 0 90 mm 的水处理滤料表面润湿性研究的可行性.
笔者研究的树脂也属于上述粒径范围. 通过用压力
Abstract: A modified resin was prepared by immobilization of cetyltrimethyl ammonium bromide ( CTAB) and polystyrene resin and then used to treat emulsified oily wastewater.Thermal stability and wettability of the modified resin ( R CTAB) and un modified resin ( R H) were studied by TG analysis and Washburn capillary pressure method, respectively. Water and hexane were used as wetting liquid for capillary pressure measurement. The TG results showed that the R CTAB adsorbed less water and lost water faster than the R H. The weight loss of R CTAB was lower than R H by 9. 40% at 200 which indicated that R CTAB is more lipophilic. The wettability results indicated that R CTAB wetting ability for hexane is increasing while water wetting ability is decreasing. The R CTAB could remove more emulsified oil than R H, and the oil removal efficiency and turbidity removal efficiency of R CTAB are respectively 6 3% and 9 5% higher than that of R H. Key words: cetyltrimethyl ammonium bromide ( CTAB) ; modified resin; TG; wettability