MD_1膜驱剂在石英砂和蒙脱土颗粒上吸附的光谱学表征
钠基蒙脱土对亚甲基蓝的吸附和解吸研究
钠基蒙脱土对亚甲基蓝的吸附和解吸研究赵亚红;庞方亮;王丽;王爱勤【摘要】采用正交实验方法,确定了钠基蒙脱土吸附亚甲基蓝染料的最佳吸附条件.采用试剂再生法、超声波法、高温焙烧法、氢氧化钠—高温焙烧结合法对钠基蒙脱土吸附亚甲基蓝进行解吸.用扫描电子显微镜照片和红外光谱对吸附前后的钠基蒙脱土的结构进行表征.实验结果表明:在亚甲基蓝溶液pH为10、吸附温度为60℃、亚甲基蓝质量浓度为1 300 mg/L、吸附时间为6h时,钠基蒙脱土对亚甲基蓝的吸附量可高达412 mg/g;氢氧化钠-高温焙烧结合法对钠基蒙脱土的解吸效果最好,但吸附前后,钠基蒙脱土的结构发生明显变化.%The optimum conditionsfor adsorption of methylene blue (MB) onto Na-montmorillonite (Na-MMT) were determined by orthogonal tests. The MB on Na-MMT was desorbed by agent regeneration method, ultrasonic wave method, high temperature calcination method and sodium hydroxide-high temperature calcination method, respectively. The structures of Na-MMT before and after adsorption were characterized by SEM and FT-IR. The experimental results indicate that: When the MB solution pH is 10, the adsorption temperature is 60 t, the MB mass concentration is 1 300 mg/L and the adsorption time is 6 h, the adsorption quantity of MB on Na-MMT is as high as 412 mg/ g; The best method for desorption of Na-MMT is the sodium hydroxide-high temperature calcination method, but the structures of Na-MMT before and after adsorption are changed obviously.【期刊名称】《化工环保》【年(卷),期】2011(031)004【总页数】4页(P357-360)【关键词】钠基蒙脱土;亚甲基蓝;吸附;解吸;废水处理【作者】赵亚红;庞方亮;王丽;王爱勤【作者单位】内蒙古农业大学材料科学与艺术设计学院,内蒙古呼和浩特010018;内蒙古农业大学材料科学与艺术设计学院,内蒙古呼和浩特010018;内蒙古农业大学材料科学与艺术设计学院,内蒙古呼和浩特010018;中国科学院兰州化学物理研究所,甘肃兰州730000【正文语种】中文【中图分类】X703.1染料废水是目前我国主要的有害工业废水之一。
【研究】花生壳衍生活性炭的合成，表征及评价从水溶液中去除灭多威
【研究】花生壳衍生活性炭的合成，表征及评价从水溶液中去除灭多威制备具有不同化学特性的花生壳衍生的活性炭（ACPNS），其适于在水溶液中除去灭多威农药。
蒸汽活性炭是在氮气存在下，在973-1373K的温度范围内从碳化花生壳中获得的。
使用NaOH和ZnCl2进一步化学活化碳化花生壳。
通过77K的N2吸附，扫描电子显微镜和FTIR表征ACPNS的结构。
BET方法用于推导有效表面积。
使用批量实验研究影响花生壳衍生的活性炭对从水溶液中去除灭多威的吸附能力的参数（例如初始pH，温度等）。
对包括伪一阶和伪二阶的动力学模型进行了研究。
研究了吸附等温线。
平衡吸附数据符合Langmuir 吸附等温线，R2>0.9980。
计算花生壳衍生的活性炭去除灭多威的最大吸附容量。
计算了ACPNS上灭多威吸附过程的热力学参数ΔG°，ΔH°和ΔS°，ΔG°的负值表明吸附的自发性。
制备的花生壳衍生活性炭成功应用于从不同水样中去除灭多威农药，回收率>95，RSD<3％。
提出了吸附机理。
平衡吸附数据符合Langmuir吸附等温线，R2>0.9980。
计算花生壳衍生的活性炭去除灭多威的最大吸附容量。
计算了ACPNS上灭多威吸附过程的热力学参数ΔG°，ΔH°和ΔS°，ΔG°的负值表明吸附的自发性。
制备的花生壳衍生活性炭成功应用于从不同水样中去除灭多威农药，回收率>95，RSD<3％。
提出了吸附机理。
平衡吸附数据符合Langmuir吸附等温线，R2>0.9980。
计算花生壳衍生的活性炭去除灭多威的最大吸附容量。
计算了ACPNS上灭多威吸附过程的热力学参数ΔG°，ΔH°和ΔS°，ΔG°的负值表明吸附的自发性。
制备的花生壳衍生活性炭成功应用于从不同水样中去除灭多威农药，回收率>95，RSD<3％。
蒙脱石对重金属的吸附研究
2 常见的阳离子交换能力的顺序
为
：
Li+>Na+>K+>NH4+>Ca2+>Ba2+
蒙脱石的改性及研究进展
蒙脱石常见
的改性方法
3
柱撑法
将有机或无机大分子阳离子插 入蒙脱石层间、经过一定的处 理使阳离子支撑在蒙脱石层间。
柱撑法
蒙脱石的改性及研究进展
1
最常见的取代基是 聚合羟基铝离子
目前有多种阳离子被用于制备相 应的柱撑蒙脱石，如金属螯合物、 金属原子簇衍生物等。
4.1蒙脱石吸附Pb2+、Cr3+、Cd2+的实验研究
结果与讨论
离子浓度与吸附率的关系
4.1蒙脱石吸附Pb2+、Cr3+、Cd2+的实验研究
结果与讨论
蒙脱石层间距的变化主要与 层间水化阳离子半径及水化 形成的层间水分子层数有关
反应前后蒙脱石XRD衍射图
金属阳离子的离子半径大小为 Pb2+＞Cd2+＞Cr3+＞Ca2+＞Na+
取上清液用原子吸 收分光光度计测定 滤液中重金属离子
的残余浓度
4.3聚羟基铝柱撑蒙脱石吸附重金属离子实验研究
改性粘土的X射线衍射特征
结果与讨论
PMt,CMt及原矿的X射线衍射特征谱线
400℃的高温已经破坏了聚合羟 基铝的聚合结构,使其变为低分子 的羟基,因而其层间距接近典型的 钠化蒙脱石的层间距。
无毒性 和抗紫 外线性
03
PART 01
第三部分
蒙脱石的改性及研究 进展
蒙脱石的改性及研究进展
有机 改性
无机
N_N_二甲基乙酰胺在水体泥沙中的吸附及光解特性
N,N -二甲基乙酰胺在水体泥沙中的吸附及光解特性张 红1,2,蒋进元2,周岳溪23,陈学民11.兰州交通大学环境与市政工程学院,甘肃兰州 7300702.中国环境科学研究院水污染控制技术研究中心,北京 100012摘要:实验室模拟条件下研究了泥沙对N ,N -二甲基乙酰胺(DM AC )的吸附和光解特性以及影响因素.结果表明:DM AC 在泥沙中的吸附同时符合Langmuir 模型和Freundlich 模型.不同紫外光照强度下,DM AC 的光解反应半衰期均大于8h.DM AC 的光解率随光照强度的增大而增大;在ρ(DM AC )较低范围(<20mg ΠL )内,同一紫外光照强度下,初始ρ(DM AC )越高光解速率越快;在pH 为6～9的自然环境中,初始pH 越高越有利于DM AC 的光解;当水体中含有腐殖酸时,DM AC 的光解率显著降低.关键词:DM AC ;吸附;光解;腐殖酸;水体中图分类号:X 522 文献标志码:A 文章编号:1001-6929(2009)08-0902-05Adsorption and Photodegradation of N ,N 2Dimethylacetamide on Suspended Sediment Particle s in WaterZH ANG H ong1,2,J I ANGJin 2yuan 2,ZH OU Y ue 2xi 2,CHE N Xue 2min11.Department of Environment and Municipal Engineering ,Lanzhou Jiaotong University ,Lanzhou 730070,China2.Research Center of Water P ollution C ontrol T echnology ,Chinese Research Academy of Environment Sciences ,Beijing 100012,China Abstract :Ads orption and photodegradation of N ,N 2dimethylacetamide (DM AC )on suspended sediment particles in water and their in fluence were studied experimentally.The results dem onstrate that DM AC ads orption on sediment particles is in accordance with both the Langmuir and Freundlich m odels.The photolytic half 2life of DM AC in water is longer than 8h under different UV illumination intensities.Photodegradation of DM AC in water increases with increasing UV illumination intensity.The photodegradation rate of DM AC is higher with higher initial mass concentration under the same UV illumination intensity in the lower mass concentration range (<20mg ΠL ).The DM AC photodegradation rate increases with the increase of pH in natural pH conditions of 629,and decreases remarkably with coexistence of humic acid in water.K ey w ords :DM AC ;ads orption ;photodegradation ;humic acid ;water收稿日期:2008-12-03 修订日期:2009-02-05基金项目:国家水体污染与治理科技重大专项(2008ZX 07207-004)作者简介:张红(1981-),女,宁夏固原人,zh8115@.3责任作者,周岳溪(1964-),男,湖南衡阳人,研究员,博士,主要从事水污染控制技术研究,zhouyuexi @ N ,N -二甲基乙酰胺(DM AC )是一种重要的强极性非质子化工业溶剂,目前广泛应用于石油加工和有机合成工业中,其对化合物有很强的溶解能力,主要在橡胶、树脂和纤维生产中使用,同时它也是生产共混聚醚砜中空纤维膜的重要反应溶剂[1].DM AC 的使用越来越广泛,在生产以及应用过程中,含DM AC 的废水经处理后排放到天然水体中.但这些处理后的废水仍含有少量的DM AC ,由于DM AC 的毒性较强,可经皮肤吸入人体,强烈刺激眼睛、皮肤和黏膜,鼠类口服LD 50为514mg Πkg ,空气中最高允许质量浓度为20mg ΠL [2].因此,残留DM AC 的聚集将会对环境造成一定的危害,但其水环境行为研究鲜见报道.为此,笔者拟通过试验,研究DM AC 在泥沙中的吸附特性、光解特性及其影响因素,以期为DM AC 在天然水体中的环境行为、光稳定性、光解现象及规律提供理论依据.1 材料与方法1.1 试验材料与主要仪器N ,N -二甲基乙酰胺〔分子式CH 3C ON (CH 3)2,分子量为87112〕,化学纯(密度为01940～01942g Πm L ),北京化学试剂公司;腐殖酸,化学纯,国药集团化学试剂有限公司.UV -1700型紫外分光光度计,日本岛津会所;紫外灯,上海经济区新源电器照明公司,主波长25317nm ,紫外线强度>8000μW Πcm 2;T OC -VCPH ΠCPN 总有机碳分析仪,日本岛津会所.1.2 试验与分析方法泥沙吸附试验:将河沙用40目(0145mm )金属第22卷 第8期2009年8月环 境 科 学 研 究Research of Environmental Sciences V ol.22,N o.8Aug.,2009丝网布分样筛筛分后,得到粒径小于0145mm 的中细沙,用去离子水浸泡洗去沙土中部分可溶性物质,烘干放凉,置于干净的封口塑料袋中备用.由于经过处理后废水的ρ(DM AC )一般低于20mg ΠL ,因此用DM AC 母液分别配置ρ(DM AC )为21355,41710,51652,91420,151072和181840mg ΠL 的溶液备用.试验时称取若干份沙土干样3g 于250m L 锥形瓶中,分别加入不同ρ(DM AC )的溶液100m L (使水土比保持一致),加瓶塞在恒温摇床上振荡24h 〔温度为(25±1)℃,振荡频率为135r Πmin 〕,取出静置一夜,翌日取上清液在高速离心机上4000r Πmin 下离心10min ,分离上清液,然后用0145μm 微孔滤膜过滤,UV -1700型紫外分光光度计测定ρ(DM AC ),即为平衡ρ(DM AC )[324].光解试验:用蒸馏水配制不同ρ(DM AC )的溶液,将800m L 配置好的溶液置于容积为1L 的自制光解反应器(见图1)中,分别用不同功率的紫外灯进行照射,光源置于石英灯套内.石英灯套外径为22mm ×230mm ,将其深入DMAC 溶液中,通过磁力搅拌器搅拌,使反应溶液混合均匀,室温下定期取样,检测水样中ρ(DM AC )的变化[526].图1 光解反应器Fig.1 Photolysis deviceρ(DM AC )的测定:DM AC 中的酰胺基团在紫外光区198nm 处有最大吸收,且线性关系良好,可用于对ρ(DM AC )的定量分析.因此,采用紫外光谱法在200nm 处对水中的ρ(DM AC )进行定量分析,分析仪器为UV -1700型紫外分光光度计及T OC -VCPH ΠCPN 总有机碳分析仪.2 结果与讨论2.1 吸附试验根据112节试验的ρ(DM AC )测量结果,用Matlab 对试验数据进行最小二乘法拟合[7],其Langmuir 模型和Freundlich 模型吸附等温式及特征值见表1,吸附等温线见图2,3.Langmuir 模型:Q c =Q max K L C e (1+K L C e ) Freundlich 模型:Q c =K F C en式中,Q c 为DM AC 在泥沙中的吸附量,mg Πg ;Q max 为最大吸附量,mg Πg ;C e 为平衡质量浓度,mg ΠL ;K L 和K F 分别为平衡吸附系数;n 为常数.表1 Langmuir 模型和Freundlich 模型不同温度下DMAC 的吸附等温式T able 1 Langmuir and Freundlich is otherm equation invarious temperature温度Π℃Langmuir 模型Freundlich 模型10Q c =0.0023C e(1+0.1479C e )Q c =0.0144×C e 0.503215Q c =0.0302C e (1+0.2669C e )Q c =0.032×Ce 0.410125Q c =0.01855C e (1+0.0903C e )Q c =0.042×C e 0.1765温度Π℃:1—10;2—15;3—25图2 Langmuir 吸附等温线Fig.2 Langmuir is otherm curve温度Π℃:1—10;2—15;3—25图3 Freundlich 吸附等温线Fig.3 Freundlich is otherm curve309第8期张 红等:N ,N -二甲基乙酰胺在水体泥沙中的吸附及光解特性 由图2可见,温度较低时,吸附更容易达到平衡,证明低温有利于吸附反应的进行,并且温度较低时吸附反应发生得较快,说明泥沙对DM AC 的吸附主要以物理吸附为主.对比图2,3可见,泥沙对DM AC 的吸附同时符合Langmuir 模型和Freundlich 模型,但在Langmuir 模型下温度与吸附量呈现较好的规律性,表明DM AC 在泥沙中的吸附与Langmuir 模型拟合程度较高.2.2 光解试验2.2.1 不同光照强度对DM AC 光解的影响分别采用功率为4和8W ,光照强度分别为8000～9000和>10000μW Πcm 2的紫外灯,对初始ρ(DM AC )为919mg ΠL 的溶液进行光解[8],结果见图4.由图4可知,光照强度越大,光解速率越快.在不同的光照强度下,当光解率接近50%时,光解反应均需进行8h ,且此后光解率的增加趋于平缓,这是因为光解反应进行到一定阶段时其产物在体系中占优势,使反应速率降低.因此,在不同紫外光照强度下,DM AC 的光解反应半衰期均大于8h.紫外灯功率ΠW:1—4;2—8图4 不同光照强度对光解的影响Fig.4 E ffect of UV illumination intensity on photodegradation2.2.2 不同初始ρ(DM AC )对DM AC 光解的影响分别配制初始ρ(DM AC )为5199,9126和16163mg ΠL 的溶液,用8W 紫外灯(光照强度>10000μW Πcm 2)对其进行照射降解[9],结果见图5.由图5可见,在水体常见ρ(DM AC )较低范围(<20mg ΠL )内,初始ρ(DM AC )越高,曲线越陡,光解速率越快.反应后期当光解速率趋于稳定时,不同初始ρ(DM AC )的差别几乎不影响光解率和光解速率.当光解反应进入夜间时,图5中在10h 处曲线产生一个拐点,这可能是由于夜晚暗室或温度低的原因对光解产生了一定的影响,但继续光解ρ(DM AC )又随之下降,并逐渐趋于稳定,光解率分别为47%,48%和46%.2.2.3 不同初始pH 对DM AC 光解的影响配制2份ρ(DM AC )为419mg ΠL 的溶液,溶液pH初始ρ(DM AC )Π(mg ΠL ):1—5199;2—9126;3—16163图5 不同初始ρ(DMAC)对DMAC 光解的影响Fig.5 E ffect of initial mass concentrationon photodegradation为416～514.由于天然水体pH 一般在6～9,因此用10%的NaOH 溶液分别将这2份溶液的pH 调至610和816,用4W 紫外灯(光照强度为8000～9000μW Πcm 2)分别对其进行光解[10211].试验前8h ,每隔1h 取样20m L 检测ρ(DM AC ),8h 后由于光解率的增长趋于平缓,因此每隔2h 取样,结果见图6.由图6可见,在反应初始阶段,初始pH 的增大有利于DM AC 的光解,且随着反应的进行,二者光解率的差值也在逐渐增大,反应进行到8h 时,二者的光解率相差最大,分别为17%和22%,之后二者光解率的差值开始逐渐减小,当反应逐渐趋于稳定时,二者的光解率也逐渐趋于一致,初始pH 对DM AC 光解的影响也越来越小.初始pH :1—6.0;2—8.6图6 不同初始pH 对DMAC 光解的影响Fig.6 E ffect of initial pH on photodegradation2.2.4 干扰物质腐殖酸对DM AC 光解的影响腐殖酸类物质是天然水体中有机物的主要成分之一,占水体中有机物总量的50%～90%[12].由于光解是有机物分子在吸收光能后,由不稳定的激发态返回基态时,通过化学反应消耗能量使分子化学键断裂生成自由基或离子,这些自由基或离子易与溶解氧或水分子反应从而生成新的物质;同时,光也能激发水中溶解氧生成激发态氧,易与有机物反应从而实现氧化过程[13214].因此,腐殖酸也会被紫外光光解.409环 境 科 学 研 究第22卷称取500mg腐殖酸粉末溶于011m olΠL的NaOH 溶液中,搅拌使之充分溶解后加入少量纯水,用盐酸调pH至710左右,最后用1000m L容量瓶定容得到500mgΠL的腐殖酸标准储备液[15216].由于一般淡水中ρ(腐殖酸)为110～810mgΠL,故试验采用5.0 mgΠL.由图7可见,当腐殖酸与DM AC溶液共存时, DM AC在7h时的光解率下降了约50%,这是因为腐殖酸吸收了一部分紫外线,使得光能降低,从而DM AC的光解率也随之降低.体系中添加腐殖酸前后光解过程中ρ(T OC),ρ(TC),ρ(IC)和ρ(T N)的变化见图8.由图8可见,ρ(T N)和ρ(IC)在2种体系中未发生明显变化,但添加腐殖酸后T OC的光解率迅速下降约2Π3,说明 图7 腐殖酸对DMAC光解的影响Fig.7 E ffect of humic acid on photodegradation腐殖酸的存在抑制了体系中有机物的光解.这是由于腐殖酸中含有大量的发色基团,腐殖酸的存在导致溶液的透光性下降,从而使有机物的光解率降低. 图8 DMAC光解时ρ(TOC),ρ(TC),ρ(IC)和ρ(TN)的变化Fig.8 The change of T OC,T C,IC and T N during photodegradation3 结论a.泥沙对DM AC的吸附同时符合Langmuir模型和Freundlich模型,但与Langmuir模型的拟合程度较高.泥沙对DM AC的吸附主要以物理吸附为主,降低温度有利于吸附的进行.b.DM AC的光解反应在前3h属于一级动力学反应,而且光照强度越大,光解速率越快.当光解率接近50%时,DM AC光解率的增加趋于平缓.在不同紫外光照强度下,DM AC的光解反应半衰期均大于8h.在天然水体ρ(DM AC)较低范围(<20mgΠL)内,初始ρ(DM AC)越高,光解速率越快.c.光解反应初始阶段,初始pH增大有利于DM AC的光解,随着反应的进行,由于pH的不同所引起的光解速率的差经历了一个先递增后递减的过程.当反应逐渐趋于稳定时,初始pH的不同对DM AC的光解几乎不产生影响.d.当DM AC溶液中含有腐殖酸时,腐殖酸的存在抑制了DM AC的光解.参考文献(R eferences):[1] 林泉,朱慎林,戴猷元,等.溶剂萃取法回收与处理含DM 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[4] 庞燕,金相灿,王圣瑞,等.长江中下游浅水湖沉积物对磷的吸附特征:吸附等温线和吸附Π解吸平衡质量浓度[J].环境科学研究,2004,17(S1):18222.[5] S MIRNOVA N N,TS VETK OVA L Y,BYK OVA T A,et al.Therm odynamic properties of N,N2dimethylformamide and N,N2dimethylacetamide[J].The Journal of Chemical Therm odynamics,2007,39(11):150821513.[6] 黄岁 .泥沙运动在重金属污染物迁移转化中的作用[D].北京:水利水电科学研究院,1993:35287.[7] 刘钰,杨曦,高颖,等.扑热息痛在硝酸根溶液中的光解研究[J].环境科学,2007,28(6):127421278.[8] 徐兰,黄丽萍,陈景文,等.蒽醌化合物的光解动力学及定量结构-性质关系[J].环境化学,2007,26(3):2942297.[9] 展漫军,杨曦,鲜 鸣,等.双酚A在硝酸根溶液中的光解研究[J].中国环境科学,2005,25(4):4872490.[10] 韩春媚,林林,谷庆宝,等.偶氮染料4BS光解动力学和总氮脱除的初步研究[J].环境科学研究,2007,20(6):1012105. [11] SIVAG URUNATH AN P,RAM ACH ANDRAN K,DH ARM A LING AMK,et al.FTIR spectroscopic studies on m olecular interaction between509第8期张 红等:N,N-二甲基乙酰胺在水体泥沙中的吸附及光解特性alcohols and N,N2dimethylacetamide[J].Acta Physico2ChimicaS inica,2007,23(3):2952298.[12] PRABH AK AR U,HE LAM BE S N,JAG DA LE S B,et al.S tudy ofs olute2s olvent interaction through dielectrics properties of N,N2dimethylacetamide in ethanolamine[J].Journal of M olecular Liquids,2008,137(1Π2Π3):1472151.[13] CHE N Fei,W ANG Jie,X U Jeff Q,et al.Visiblelightphotodegradation of organic com pounds over V2O5ΠM gF2catalyst[J].Applied Catalysis A:G eneral,2008,348(1):54259.[14] LOPEZ P,LLUCH X,VIDA L M,et al.Ads orption of phosphorus onsediments of the Balearic(S pain)related to their com position[J].C oastal and Shelf Science,1996,42:1852195.[15] S LOPE C P,M A LSCH AERT J F P,VAN R W,et al.The role ofads orption in sediment2water exchange of phosphate in N orth Seacontinental margin sediment[J].Lim onol Oceanogr,1998,43(5):8322846.[16] JONES A H,VOU LIS N,LESTER J N,et al.Aquatic environmentalassessment2the top25english prescription pharmaceutical[J].W aterRes,2002,36(20):501325022.(责任编辑:潘凤云)609环 境 科 学 研 究第22卷。
固态紫外光谱法在炼油催化剂表征中的应用
分辨紫外光电子能谱的结果表明， 组成 @*- 0 A 分 子应该近似平行于衬底表面。
［ M# ］ X:Y:NK:Z:=> [>:4?3K) 等 应用 \] 可以观察到
镓氮化物的纳米结构从基体分离且分散到有机溶 剂中， 在紫外区域的附近显示了强的光子激发光。
［ M& ］ 6)3 6 A等 对在 () （ $） 表面合成 ^;+ 薄膜进行 了研究， 多孔硅通过双官能团分子二甲氧乙苯甲基
［ M% ］ ［ J］
在
紫外可见漫反射光谱中得到的沉积钒氧化物物种只 应用溶胶 0 凝 胶法， 在 NA 为 " 和 J 的条件下， 分别用醋酸和氨水 水解催化制备 9:" 6)$ -)E *$% 样品， 紫外吸收光谱结合 吸附等温线和红外光谱对此样品在 $ ， O 0 二硝基苯 光催化反 应 活 性 进 行 表 征， 不同的反应时间得到 （ $%% P #%% ）4Q 的波谱带， 光谱显示光谱吸收带为 "O# 4Q 发生的催化基质分解反应分别在 NA 为 " 和 J 条件 下 得 到 的 谱 图 分 析 结 果 均 符 合 6:4RQS)K 0
［ 67］
［ "W ］ V, 条件下所得的物质结构一致。程培红等 应用
L? 和 JM 的有机配 紫外可见光谱分析过渡金属 *-、 合物， 发现这三种配合物的有机配体完全一样， 体系 中含有的 " 电子结构及杂环原子 * 和 \ 的吸收光 谱主要有两个吸收峰， 但由于中心金属离子不同而 吸收有差异， L? 配体的强吸收峰相对于 *- 和 JM 配 体吸收峰有蓝移， 较弱吸收峰相对有红移， 这是由于 中心离子与配体结合形成配位键的方式不同所造 成。紫外光谱和紫外漫反射光谱结合， 研究了具有 孤对电子的基团与金属卟啉的中心金属配位情况， 为探讨金属卟啉模拟细胞色素 J : WD# 应用于烯烃 催化氧化提供理论解释。
第11章分离和富集方法练习答案 (2)
第11章分析化学中常用的分离和富集方法思考题1．分离方法在定量分析中有什么重要性？分离时对常量和微量组分的回收率要求如何？答：在定量分析，对于一些无法通过控制分析条件或采用掩蔽法来消除干扰，以及现有分析方法灵敏度达不到要求的低浓度组分测定，必须采用分离富集方法。
换句话说，分离方法在定量分析中可以达到消除干扰和富集效果，保证分析结果的准确性，扩大分析应用范围。
在一般情况下，对常量组分的回收率要求大于99.9%，而对于微量组分的回收率要求大于99%。
样品组分含量越低，对回收率要求也降低。
2．在氢氧化物沉淀分离中，常用的有哪些方法？举例说明。
答：在氢氧化物沉淀分离中，沉淀的形成与溶液中的[OH-]有直接关系。
因此，采用控制溶液中酸度可使某些金属离子彼此分离。
在实际工作中，通常采用不同的氢氧化物沉淀剂控制氢氧化物沉淀分离方法。
常用的沉淀剂有：A．氢氧化钠：NaOH是强碱，用于分离两性元素（如Al3+，Zn2+，Cr3+）与非两性元素，两性元素的含氧酸阴离子形态在溶液中，而其他非两性元素则生成氢氧化物胶状沉淀。
B．氨水法：采用NH4Cl-NH3缓冲溶液（pH8-9），可使高价金属离子与大部分一、二金属离子分离。
C．有机碱法：可形成不同pH的缓冲体系控制分离，如pH5-6六亚甲基胺-HCl缓冲液，常用于Mn2，Co2+，Ni2+，Cu2+，Zn2+，Cd2+与Al3+，Fe3+，Ti（IV）等的分离。
D．Z nO悬浊液法等：这一类悬浊液可控制溶液的pH值，如ZnO悬浊液的pH值约为6，可用于某些氢氧化物沉淀分离。
3．某矿样溶液含Fe3+，A13+，Ca2+，Mg2+，Mn2+，Cr3+，Cu2+和Zn2+等离子，加入NH4C1和氨水后，哪些离子以什么形式存在于溶液中？哪些离子以什么方式存在于沉淀中？分离是否完全？答：NH4Cl与NH3构成缓冲液，pH在8-9间，因此溶液中有Ca2+，Mg2+,，Cu （NH3）42-、Zn（NH3）42+等离子和少量Mn2+，而沉淀中有Fe（OH）3，Al（OH）和Cr（OH）3和少量Mn（OH）2沉淀。
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第21卷第1期油 田 化 学Vol.21 No.1
2004年3月25日Oilfield Chemistry25March,2004
文章编号:100024092(2004)0120068204
MD21膜驱剂在石英砂和蒙脱土颗粒上吸附的光谱学表征Ξ
高芒来,陈素青,王建设,梁晓霏(石油大学(北京)化工学院,石油大学重质油国家重点实验室,北京102249)摘要:采用FT2IR和XRD方法,与阳离子表面活性剂CTAB对比,研究了MD21膜驱剂(一种单分子双季铵盐)在石英和蒙脱石表面的吸附。给出了吸附前后两种矿物的FT2IR和XRD谱图,分析指认了各红外特征吸收峰,由X
射线衍射峰强度计算了晶层间距d(100)
。在石英上CTAB有微量吸附,而IR检测不出MD21的吸附,CTAB和
MD21基本上不引起石英d
(100)
的改变。在蒙脱石上MD21只发生单层吸附,其吸附量较CTAB小,MD21的吸附
使蒙脱石吸附水减少,d(100)从1.545nm减小至1.399nm,CTAB的吸附也使蒙脱石的吸附水减少,但使d
(100)
增大到1.952nm。因此,MD21抑制粘土膨胀的能力比CTAB强。图6表1参7。关键词:MD21膜驱剂;单分子双季铵盐;十六烷基三甲基溴化铵(CTAB);石英;蒙脱土;溶液吸附;红外光谱(IR);
X射线衍射(XRD)中图分类号:O647.31
+
4:TE39 文献标识码:A
MD膜驱剂在油藏矿物表面的单分子层吸附,
是分子沉积(MD)膜驱油[1](简称MD膜驱或膜驱)
技术的关键所在。为了深入认识MD膜驱油机理,
需要对MD膜驱剂在油藏矿物表面的吸附行为进行考察。红外光谱法能够研究矿物表面结构及吸附活性物后的结构变化[2],X射线衍射法能提供矿物的结
晶学数据[3](晶系、点群、空间群、晶胞参数等)并据
以鉴定矿物。本文运用FT2IR和XRD两种谱学方法,通过与阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对比,表征MD21膜驱剂在石英砂和蒙脱土上的吸附性质和吸附前后各矿物晶层间距的变化,为进一步研究MD膜驱剂的吸附机理及应用提供理论依据。
1 实验部分
1.1 实验仪器和原料美国PE公司产5SXC型傅里叶红外光谱仪,
KBr压片;北京大学产BDX23200型X射线衍射仪,波长为0.15406nm的CuKα辐射,管电压40kV,
管电流20mA,角度扫描范围2θ从3°到30°;LD422A离心机;HZS2H型恒温水浴振荡器。十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和MD21膜驱剂(一种单分子双季铵盐),均为分析纯;蒙脱土,200
目,产自苏州;石英砂,200目,纯度99.8%,天津南开化工厂产品。1.2 实验方法蒙脱土经多次蒸馏水浸洗至电导不变,105℃烘干、研磨粉碎。石英砂用1mol/L的HCl溶液浸洗,
再用蒸馏水漂洗至无氯离子,烘干备用。吸附采用常规静态法。在两个具塞锥形瓶中分别加入3.00g处理后的石英砂或蒙脱土及60.00
mL浓度为1mmol/L的MD21膜驱剂溶液或CTAB溶液。在恒温于60℃的振荡器中振荡5h,达到吸附平衡后取出,离心分离,烘干固体样。将一部分样
Ξ收稿日期:2002211227。
基金项目:中国石油天然气股份公司导向试验基金(B9802);重质油国家重点实验室开放课题(2003201)。作者简介:高芒来(1965-),副教授,内蒙古民族师范学院化学系学士(1985),吉林大学化学系有机化学专业硕士(1991)、高分子化学与物理专业博士(1994),主要从事油田化学、表面与胶体界面化学和MD膜技术及其应用研究,通讯地址:102249北京市昌平区府学路石油大学300信箱,E2mail:gml@bjpeu.edu.cn。和KBr一起压片测红外吸收光谱,一部分样用于测X射线衍射光谱。
2 实验结果与讨论
2.1 MD21膜驱剂和CTAB在石英砂上的吸附2.1.1 付立叶变换红外光谱分析图1
(a)
为石英砂吸附CTAB前后的FT2IR谱
图。由图中出现弱的烷基伸缩振动峰(2918cm-1、2850cm-1)可知CTAB有微量吸附。1250～
1100
cm-1是Si—O非对称伸缩振动吸收峰,800～600
cm-1是Si—O—Si对称伸缩振动吸收峰,600～300
cm-1是Si—O—Si对称伸缩振动吸收峰[2]。石英砂
吸附CTAB后由于Si-O间电子云密度降低,Si—O
非对称伸缩振动吸收峰由1092cm-1移至1082
cm-1,弯曲振动吸收峰由463cm-1移至459cm-1。
图1(b)为石英砂吸附MD21膜驱剂前后的FT
-IR谱图。由图可知Si—O—Si对称伸缩振动峰、Si—O伸缩和弯曲振动峰均未发生位移,而且没有出现烷基峰,说明MD21膜驱剂在石英砂上的吸附量极小,红外光谱检测不出。2.1.2 X射线衍射分析石英砂吸附MD21膜驱剂和CTAB前后的d(001)测试结果列于表1。图2为对应的XRD图。
表1 石英砂和蒙脱土吸附MD21和CTAB后d(001)值的变化
吸附物石英蒙脱土d(001)/nm2θ/°d(001)/nm2θ/°
空白0.4250620.8811.544965.716
MD210.4263120.8131.398886.313CTAB0.4258420.8431.951914.523
由表1和图2可知,石英砂吸附MD21膜驱剂和CTAB以后晶面间距均未发生明显变化。石英砂是单层四面体结构,没有层与层间的连接,MD21
膜驱剂和CTAB不产生层间吸附,因而不发生晶面间距的变化。2.2 MD21膜驱剂和CTAB在蒙脱土上的吸附2.2.1 付立叶变换红外光谱分析蒙脱土中分子水和结构OH的红外吸收包括3415cm-1处吸附水的H—O—H伸缩振动、3610
cm-1处牢固键合水的H—O—H伸缩振动、1630～
1640cm-1处的H—O—H弯曲振动和3632cm-1处的蒙脱土结构OH的O—H伸缩振动等[4]。1040cm-1附近有Si—O伸缩振动吸收峰[5]。由图
3(a)和(b)可知,吸附CTAB和MD21膜驱剂后蒙脱土的谱图发生了变化。吸附CTAB后谱图上出现的亚甲基伸缩振动峰(2918cm-1和2850cm
-1)较
为明显,而吸附MD21膜驱剂后无明显的亚甲基伸缩振动峰出现,说明MD21膜驱剂在蒙脱土上吸附量较小。由图3(a)和(b)还可知,吸附CTAB和MD21膜驱剂后,3423cm-1附近的吸附水H—O—
H伸缩振动峰均变弱,而3620cm-1附近牢固键合
水的H—O—H伸缩振动峰均有所增强。这一现象的可能解释如下:键合水和吸附水以氢键结合,蒙脱土中键合水的H—O—H伸缩振动峰较不明显,吸附CTAB或MD21膜驱剂后一部分吸附水被挤出,
键合水与吸附水之间氢键减少,键合水的H—O—H
96第21卷第1期高芒来,陈素青,王建设,等:MD21膜驱剂在石英砂和蒙脱土颗粒上吸附的光谱学表征伸缩振动峰变得明显,吸附水的峰相应变弱。这一点也可从1630～1640cm-1处的H—O—H弯曲振动峰变弱看出。由此可知CTAB和MD21膜驱剂的吸附导致蒙脱土中的吸附水减少。另外,吸附CTAB和MD21膜驱剂后Si—O伸缩振动峰分别由1043cm-1移至1037cm-1和1039cm-1处。这是
由于蒙脱土晶层间靠氧原子间弱的分子间力连接,
吸附的CTAB和MD21膜驱剂降低了Si—O及Al—OH键的电子云密度,使层间作用变弱。2.2.2 X射线衍射分析蒙脱土吸附MD21膜驱剂和CTAB前后的
d(001)测试结果也列于表1。图4为对应的
XRD
图。由表1可知,吸附了MD21膜驱剂的蒙脱土晶层间距变小,而吸附了CTAB的蒙脱土晶层间距变大。从图4看出,吸附CTAB后的蒙脱土001面衍射峰分裂为大小不同的两个峰,占优势的峰代表晶面间距变大,小峰代表晶面间距变小。而吸附MD21膜驱剂后,蒙脱土001面的衍射峰发生位移,表明层间距变小,其余各峰的强度和位置均未发生变化。层状粘土矿物在确定条件下有确定的层间距d(001)[6]。一般无水粘土矿物的该层间距为0.95
～1.00nm,含一层水分子时为1.15～1.20nm,含两层水分子时为1.44～1.50nm。本实验用蒙脱土层间距为1.5449nm,即层间含两层水分子。MD21
膜驱剂是靠静电相互作用在蒙脱土颗粒表面吸附的,静电作用强于水分子与晶面间的氢键作用,有一部分层间水被排挤出来,导致晶面间距变小。这表明MD21膜驱剂具有较好的抑制粘土膨胀的作用。CTAB在蒙脱土上的吸附有两种[6]:一是长非极性链与蒙脱土外表面的分子间作用产生的吸附;
二是CTAB的阳离子端进入晶层间,通过静电作用在荷负电的晶层面上吸附,朝外的非极性端之间的作用力使CTAB发生紧密双层吸附,在这种情况下,蒙脱土层间距变大。如非极性链留在粘土表面,
则蒙脱土晶格会发生塌陷,层间距变小。从以上分析可知,MD21膜驱剂在蒙脱土上吸附时可减小晶面间距,抑制粘土膨胀的能力好于CTAB。MD21膜驱剂的吸附主要靠静电作用,吸附以后的分子间作用力弱,不会产生多层吸附,蒙脱土的层间距不会变大。
综上所述,在石英砂和蒙脱土上MD21膜驱剂的吸附量都远小于CTAB的吸附量;MD21膜驱剂和CTAB在蒙脱土的吸附量都比在石英砂上的吸附量大。这是由于CTAB与MD21膜驱剂的吸附机理不同,CTAB除了靠静电作用吸附外,还有较强的分子间力作用,可以形成多层吸附,因而吸附量较大;而MD21膜驱剂吸附一层后没有进一步成膜的驱动力,只能是单层吸附。蒙脱土对MD21膜驱剂和CTAB的吸附量比石英砂对二者的吸附量大,是由于两种油藏矿物内部结构不同,石英砂表面荷负电量少,蒙脱土表面荷负电量多[7]。MD21膜驱剂
07油 田 化 学2004年