林 濤， 任建曉， 王茹楠， 殷學風， 李 雪

(陜西科技大學 輕工與能源學院， 陜西 西安 710021)

0 引言

膠粘物問題已經成為當今造紙行業(yè)急需解決的棘手難題[10-13]，本實驗以松香酸作為模擬膠粘物，探討膨潤土用量、松香酸濃度、吸附時間、吸附溫度對吸附松香酸的影響，從而得出吸附松香酸的最佳條件.

1 實驗部分

1.1 實驗原料

天然膨潤土取自遼寧建平,經過破碎、研磨，提純精制過200目.所用膨潤土的物理性質為膨脹容10.4 mL·g-1、膠質價96.3 mL·15 g-1、pH為8.6、吸藍量為37.6 g·100 g-1、陽離子交換量為36.5 mmoL·100 g-1.XRD圖譜如圖1所示，從中可以看出，原礦的主要成分為蒙脫石，雜質礦物也比較簡單，主要為石英、云母、長石等.另外，原礦的特征峰d(001)值為1.582 53 nm，而且峰形尖銳，峰腳較窄，是典型的鈣基膨潤土特征.

圖1 建平天然膨潤土的XRD圖

1.2 實驗設備

電子分析天平(BS210S)、恒溫水浴鍋(HH-S2s)、恒溫鼓風干燥器(TDR-9070A)、X-射線衍射儀(日本理學公司 D/max 2200PC)、可見分光光度計(722N)、離心機(DC-HJY03)等.

1.3 實驗方法

1.3.1 有機膨潤土的制備

天然膨潤土取自遼寧建平，經過破碎、研磨，提純精制過200目，得到提純土.稱取已提純過的膨潤土30 g，放置于燒杯中，加入600 mL蒸餾水，配成5%的礦漿濃度，然后將Li2CO3與H2C2O4的混合溶液(比值為0.8)倒入燒杯中，在恒溫水浴鍋中(80 ℃)加熱攪拌1.5 h，控制溶液體系的pH在7～8之間，然后用蒸餾水多次洗滌得到的漿液，烘干，研磨過200目，得到鋰基膨潤土.稱取一定量的鋰基膨潤土直接用4%的硅烷偶聯(lián)劑KH550進行有機改性，多次洗滌得到的漿液，烘干、研磨過200目，得到有機膨潤土.

1.3.2 對松香酸的吸附

取666.7 mg松香酸溶于含有312.5 mg 85%KOH的無水乙醇中，然后用無水乙醇稀釋到250 mL，配制成質量分數(shù)為0.5%的松香酸-乙醇溶液[14].

Research on the Number of Mill in 660 MW Super-critical Unit of “W” Flame Furnace DUAN Yuyan,LI Weike,FAN Xiaoru,WU Afeng,HUO Peiqiang(127)

將10 mL不同濃度的松香酸分散液與一定量的改性膨潤土混合，經過一段時間后，以3 000 r/min離心30 min[15].

未吸附的松香酸分散在離心分離的上清液中，用722型可見分光光度計測定其在350 nm處的吸光度.將標準松香酸濃度c0與其吸光度值A進行線性回歸分析，得到濃度與吸光度之間的線性方程.由此關系可得，實驗中所測吸光度A即為上清液中松香酸的濃度.

松香酸濃度與吸光度之間的關系可以寫為：c=X+Y·A(c為松香酸濃度，A為吸光度值，X和Y為系數(shù))

膨潤土吸附量計算：Γ=V(c0-c)/m

膠粘物去除率計算：η=(c0-c)/c0×100%

式中：Γ—單位質量膨潤土吸附膠粘物的量，mg/g；c0，c—吸附前和吸附平衡后溶液中膠粘物的濃度，mg/L；V—吸附實驗中溶液總體積，本實驗為10 mL；m—膨潤土的質量，mg；η—膠粘物去除率.

2 結果與討論

2.1 標準曲線的確定

用移液管移取一定量的5 000 mg/L的松香酸分散液于容量瓶中，加稀釋液稀釋到特定容積，配制的標準濃度分別為：100 mg/L、200 mg/L、300 mg/L、400 mg/L、500 mg/L的松香酸溶液，實驗結果如圖2所示.

圖2 松香酸溶液標準曲線

由圖2可知，松香酸溶液的標準曲線為c=286.31A+9.342 3，R2=0.991 8.故可通過用分光光度法測松香酸濃度，間接測膨潤土吸附量.

2.2 吸附松香酸影響因素的研究

2.2.1 改性膨潤土用量對吸附松香酸的影響

在反應時間60 min，反應溫度60 ℃，松香酸濃度500 mg/L條件下，改變膨潤土用量進行吸附松香酸的研究，實驗結果如圖3、圖4所示.

圖3 膨潤土用量對松香酸吸附量的影響

圖4 膨潤土用量對松香酸去除率的影響

由圖3、圖4可以看出，膨潤土用量低于450 mg/L時有機膨潤土吸附性能優(yōu)于提純土，膨潤土用量高于450 mg/L時，提純土的吸附性能優(yōu)于有機膨潤土的吸附性能.膨潤土用量越大，不論是有機膨潤土還是提純土的吸附量均下降，這是因為當膨潤土用量達到450 mg/L時，膨潤土已經達到吸附飽和，溶液中的松香酸大部分已經被膨潤土吸附.

從圖中還可以看出，膨潤土用量的增加會使得松香酸的去除率隨之增大，但其增長趨勢逐漸減弱，這與一般吸附研究規(guī)律相符合.膨潤土用量的增加，即增大了整個體系的吸附空間和吸附容量；但從反應動力學來看，其增長率必然減小，也就是說，當膨潤土中所吸附的松香酸過多則必然導致吸附的松香酸從膨潤土中解析出來，轉移到溶液中.總體來說有機膨潤土增大趨勢不如提純土明顯，膨潤土用量增大500 mg/L，有機膨潤土的松香酸去除率增加10%，而提純土的增加了20%.因此，提純土的用量對松香酸去除率影響較有機膨潤土的大.一味地增加膨潤土的用量必將導致浪費，同時吸附量會隨之減少，也就等于變相地將膨潤土吸附性能的利用率降低.因此,必須綜合考慮這兩個量之間的關系，選擇一個合適的膨潤土用量.結合這兩個圖，選擇有機膨潤土吸附松香酸時用量為400 mg/L，此時，有機膨潤土的吸附效果優(yōu)于提純土，既有較高的吸附量，又有較大的松香酸去除率.

2.2.2 松香酸濃度對吸附松香酸的影響

在反應時間60 min，反應溫度60 ℃，膨潤土用量為400 mg/L條件下，改變松香酸濃度進行吸附松香酸的研究，實驗結果如圖5、圖6所示.

圖5 松香酸濃度對松香酸吸附量的影響

圖6 松香酸濃度對其去除率的影響

由圖5、圖6實驗結果可以看出，提純土的吸附量隨松香酸濃度增大而增大，在松香酸濃度低于500 mg/L時，有機膨潤土的吸附量均隨松香酸濃度的增大而增大，濃度高于500 mg/L時，有機膨潤土的吸附量下降；而松香酸濃度增大，松香酸的去除率都下降.松香酸濃度增大增加了膨潤土的吸附機會，但是高濃度不利于液相中的離子向固相中轉移，松香酸濃度低于500 mg/L時，前者的影響大于后者，有機膨潤土吸附量增大，超過500 mg/L時，后者影響更大，吸附量下降.在一定范圍內，松香酸濃度增大，膨潤土吸附量增大，而松香酸去除率下降，這是由于松香酸濃度增大的趨勢比膨潤土吸附量增大的趨勢大.由這兩個圖可以發(fā)現(xiàn)，在相同的松香酸濃度下，有機膨潤土的吸附量和松香酸去除率均高于提純土.根據這兩個圖，選擇松香酸濃度為500 mg/L，此條件使得有機膨潤土有很大的吸附量，松香酸去除率也較高，而且松香酸濃度也較高，減少稀釋水用量，相應減少膨潤土用量.

2.2.3 溫度對吸附松香酸的影響

在反應時間60 min，松香酸濃度為500 mg/L，膨潤土用量為400 mg/L條件下，改變吸附溫度進行吸附松香酸的研究，實驗結果如圖7、圖8所示.

圖7 溫度對松香酸吸附量的影響

圖8 吸附溫度對松香酸去除率的影響

由圖7、圖8可以看出，隨著溫度的升高，松香酸吸附量在不斷增加，當超過60 ℃時，有機膨潤土吸附量幾乎無變化；而提純土的吸附量隨溫度升高而增大.當溫度低于60 ℃，溫度升高，有利于膨潤土在溶液中的分散，且布朗運動加劇，增大了膨潤土與松香酸的有效碰撞機會.超過60 ℃，溫度幾乎不再影響有機膨潤土的吸附效果，而繼續(xù)影響提純土的分散效果和運動狀態(tài).選擇60 ℃作為有機膨潤土吸附松香酸的溫度.在60 ℃時，有機膨潤土的吸附量超過400 mg/g，松香酸去除率達到63%，而要達到這種效果，在同樣條件下，提純土的吸附溫度必須超過80 ℃.

2.2.4 時間對吸附松香酸的影響

在反應溫度為60 ℃，松香酸濃度為500 mg/L，膨潤土用量為400 mg/L的條件下，改變吸附時間進行吸附松香酸的研究，實驗結果如圖9、圖10所示.

圖9 時間對松香酸吸附量的影響

圖10 吸附時間對松香酸去除率的影響

由圖9、圖10可以看出松香酸的去除率和膨潤土吸附量有相同的趨勢，開始階段膨潤土吸附量升高較快，在接觸反應一段時間后，其吸附量基本處于平衡.有機膨潤土吸附時間在60 min左右就達到吸附平衡，而提純土吸附時間為2 h時才會達到吸附平衡.同樣的吸附時間，有機膨潤土的吸附量高于提純土.因此有機膨潤土吸附松香酸時必須保證充分的固液接觸時間，選擇有機膨潤土的吸附時間為60 min.

3 結束語

(1)有機膨潤土的吸附松香酸的最佳條件為反應時間60 min，反應溫度60 ℃，膠粘物濃度500 mg/L，膨潤土用量400 mg/L.

(2)在最佳條件下，松香酸吸附量可以達到400 mg/g以上，松香酸去除率達到60%以上.

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