苯蒸气在有机膨润土上的吸附动力学

第卷《年第期月环境化学目卫,氏禅浏比苯蒸气在有机膨润土上的吸附动力学苏玉红沈学优朱利中浙江大学环境科学系,杭州,加摘本文研究了苯燕气在滨化十六烷基三甲基按门从系列单阳离子有机膨润土上的吸附动力学过程结果表明,苯蒸气在有机膨润土上的吸附符合一级动力学方程,即二,在内,吸附反应均可达到平衡,吸附速率常数刀与温度成正相关,吸附反应的活化能在一·咖一’之间关键词气态苯,吸附,动力学,活化能气态吸附是环境中挥发性有机物的一种重要存在形式研究结果表明,粘土类矿物对气态有较强的吸附能力〔’,,其大小与粘土颗粒的表面性质及含水量高低有关,吸附机理复杂阳离子表面活性剂进人土壤中对的吸附有显著影响〔‘〕,因此,研究在改性粘土上的吸附行为对于探讨在环境中的迁移转化规律具有重要意义目前,含苯废气治理技术主要有吸附净化技术、吸收净化技术、催化燃烧净化技术和生物净化技术,其中最常用的是活性炭吸附净化法膨润土是一种以蒙脱石为主要矿物的粘土岩,具有较大的比表面积和阳离子交换容量,吸附性能好与活性炭相比,其价格低廉,后处理方便,用季按盐阳离子表面活性剂改性制得的有机膨润土在水处理及污染环境修复中有很好的应用潜力,已引起许多学者关注,“本文以苯为研究对象,对比研究了原土和滨化十六烷基三甲基钱改性的有机膨润土对苯蒸气的吸附动力学行为,试图为研究在环境中的迁移转化规律及有机膨润土在有机废气处理中的应用提供理论参考实验部分实验材料及仪器凉土为钠基膨润土,阳离子交换容量为印·吨一’土在膨润土中分别加人一定浓度的阳离子表面活性剂溶液,恒温振荡,产物经洗涤、真空抽滤后,在空气相对湿度为印中干燥,研磨、过筛,即制得有机膨润土制得的有机膨润土用相应表面活性剂的英文缩写加上一个数字前缀表示例如,口图一膨润土表示用国家自然基金资助项目,项目号侧乃通讯联系人环境化学卷原土的改性制得的有机膨润土‘福立一卯卯型气相色谱仪一型超声波清洗器实验方法一定温度下一,在而具塞碘量瓶中加人原土或有机膨润土过目筛,通人一定量的苯蒸气,密封,用气相色谱法迅速测定瓶中苯蒸气的初始浓度恒温静置,每隔测定一次瓶中苯蒸气的浓度,校正后计算有机膨润土中苯的吸附量,绘制吸附量与时间的关系曲线,确定吸附速率通过改变苯蒸气的起始浓度,求出一定温度下的吸附速率常数、,根据,与起始浓度的关系,确定吸附反应级数通过改变反应温度,求出吸附反应的活化能。及指前因子有机膨润土中苯的吸附量用龙脱附法校正吸附后的有机膨润土中加人适量乓,超声提取面,用气相色谱法测定溶液中苯的含量实验结果表明,用乓超声提取法脱附原土及有机膨润土中的苯,其提取率可达习结果与讨论吸附速率和平衡时间每隔测定一次有机膨润土中吸附的苯,以确定吸附反应的吸附速率和平衡时间实验结果表明,在一范围内,有机膨润土吸附苯蒸气的反应在内均可达到平衡吸附速率与起始浓度及有机膨润土本身的性质有关例如在时,用一膨润土吸附苯蒸气,吸附反应的平衡时间和吸附速率依次增大,见图尸尸,·‘州卜口·工旨、训盆彭图苯蒸气在万彻人耳膨润土上的吸附速率曲线珑阮甲石。!’嫂统路认耳。飞脚扣块吸附速率与有机膨润土本身的性质,如孔容、孔隙率、层间距、比表面积、有机碳含量等有关,如在,。二土·一‘时,四种有机膨润土的吸附速率为印油,见图其中一膨润土最快达到吸附平衡,吸附速率基本为一恒定值等的研究表明阎,在不饱和土壤体系中,的吸收机理包括吸附于固体矿物质表面,即气固界面吸附“相似相溶”于土壤有机质中吸附于气水界面溶解于土壤吸附态水膜中几种吸收机理的相对贡献率与土壤粒度及表面性质、有机质含量、湿度、温度及本身性质紧密相期苏玉红等苯蒸气在有机膨润土上的吸附动力学关在低湿度土壤中,主要以前两种形式存在由图可知,限以一膨润土和刀竹一膨润土的吸附速率先迅速增大,再逐渐减小至恒定值,表明吸附过程中,不同吸附机理的贡献率发生了变化,由最初的矿物质表面吸附为主逐渐转变为有机质“相似相溶”即分配作用为主犷沉￡眨甘,口二,口下的·如遏叫赶娜满图苯蒸气在有机膨润土上的吸附速率曲线肋印!侧皿统叨咫冲阳比吸附速率方程根据实验方法,测定不同吸附时间内原土和有机膨润土中的苯,并对所得吸附速率曲线进行线性回归,求出吸附速率,咖一‘·一‘通过改变起始浓度,求出吸附反应的级数实验结果表明,原土或膨润土对苯蒸气的吸附速率与起始浓度。呈线性关系,回归方程如下。材式中,,为吸附速度常数,为一常数由式可知,苯蒸气在原土和有机膨润土上的吸附为一级反应二不同温度下,其吸附速率方程及吸附速率常数见表表苯蒸气在原土和有机膨润土上的吸附速度方程和吸附速度常数凡破触刊甲!玩耐祀n加‘teando嗯anoh三~te8土样吸附速度方程相关系数凡/g一1·h一0.卯1期叨一998992277287317原土0.佣90.伪80.1670.051勿287ZDC]肋AB一膨润土0.9580.渭30.144叨傲117筋997兜287匆317粼X汀MAB一膨润土r二0.佣9c0十0.001r二0.田8c0+0.侧)2;二0·167c0一0.田3r二0.仍Ic0十0.001;二0.083c0一0.001r二0.144C。一0.(l刀r二0.079c0一0.《兀口r二O‘哪2c0+0.001r二0.117C0一0.田l卷续表l土样吸附速度方程相关系数Kv/g一l·h一lr二0.0’78Co一0.(X)l0.卯l932塑956卿竺949975渊印口MAB一膨润土0.0.oo3恻一oo3娜29731328780C伟[AB一膨润土297313287looCTMAB一膨润土297317;二0.089C0一0.;=0.134C0一0.r二0.价SCo+0.r=0《万幻C0一0.001r二0.105C0一0.001r二0.035Co一0.(X)lr二0.以IC0+0.001r=0054C0一0(X)20.0.0.00.O.0.0330.佣90.1340.价500男)0.1050.0350.以10.叱4、尹、、J了2内、„厂r、了‘、2.3活化能及指前因子由Arrh骊us公式:K,=AexP(一Ea/RT)E_1InK二InA一才·众“’“v一‘’~‘RT用inK对l/T作图,可求出吸附反应的活化能E。和指前因子A.见表2表2苯蒸气在原土和有机膨润土上吸附反应的活化能和指前因子Table2Activationene乓牙andPreexlx扣￡m谊l俪torofsorptlonof块】砍nevaporontoorigin衅bentoluteandorganol犯ntonites土样原土20Cp竹AB40CTMAB印门MAB80CIMABlooC]MAB活化能/kJ.n双d一’11.8817.9210.3915.529.5()10.91指前因子14.%133.815.5550.814.田3.4()3结论苯蒸气在有机膨润土上的吸附符合一级动力学方程,即:r=KvC。,其吸附速率与苯蒸气的起始浓度及有机膨润土的性质(如有机碳含量、层间距、孔密度等)有关.在12h内,吸附反应均可达到平衡,吸附速率常数(Kv)与温度(T)成正相关,吸附反应的活化能在9.50--17.92kJ·mol一’之间.SpencerM纽eir政飞,(9):2143~一2153YangGllo,Gas一几aSe,nantson致而1.E法成八沉参考文献Val犯rPhasesc印tioofBel此ne场伽i~Surfae‘”ltM团ifi司阮11.口姗以祠疏,1望珍,38Adso甲石onandlk别印tionofsingl,Con耳众,elltandBln田丁Mixturesofvolatileo电aJlicCon恤ni-肠w.氮.,l卯8,15(3):203一214,..J门..J1.,”尸.‘LL.es〔3」凡粤招AM仪石哪,M吐E“~,凡neticsofvolatileor脚ic。价lp叉md&叩ti耐众别印tion二CI即涌旧司日.J。切如几.历望如1.,l望刃,36(3):291一313期苏玉红等:苯蒸气在有机膨润土上的吸附动力学459〔8」州肠刀ySC月知细IZa,M山电LBtu~,C加.旧刀nantv冲优人dso甲石.attheGas~砚恤里er玩世川瓦ein腼15.忍陇咖助.免.几d切进铭.,2(XX),洲(l):1一nKurtDPennel,RI死allRhue,PS山刊由CRaoet已.,V甲r-Rlase阮甲tioofp一勒lene田ldWater。腼15andClayMi讹旧5.公枷油几.免.7祝匆刃止.,1卯2,肠(4):7夕宁一763陶有胜,“三苯”废气治理技术.环境保护,1望为,(8):沁一21劝uUzh闭g,RenX,YuS,UseofCetyltrin犯thylaJ~niumB山而de~压爪以‘tetoRe朋veo电anieC叨御而nantsofV脚-ingPolarC抢川加terF溯nWd比r.肠砚‘功几.脚.几认彻止.,1998,32(21):3374一3378乃“乙曲朋g,C卜enBaoliang,ShenXuey田,助甲石,of玲印01,p一Nitn甲henol,朋dJ气心l俪to玩a]一山石.伪卿曲翻-t侧mtesfo川.Water.D颇仰.免.及己讥汉.,2(XX),洲(2):粼铭一475,IJIJ4”fresL”l.J,,.’,IJ2(XX)年H月30日收到.KINE皿CSOFBENZENEVAPORSORPnONONlrOORGANOBENTONTrESSu1死洲rtment试h彻鳍shenXu匀。uz’huL讨如ngEll访印~n因冤~,劝句iangUnive‘ty,l俪砂ou,310028)川昭TRACT阮甲石onkineticsof玩nzelleval刃rontoo吧anof犯ntonitesm司币ed场cationicstl还叨tantcetyltrimethyl~ulnb~de(CTMAB)~discussed.Resultsindicatedthatthesorption~thefirstorder~tionr=K、C。,thesorptionIatesdePendedoninitialeoneentrationofbenzeneval刃r,SorptiveeqUllibriulnha81犯enachievedwithin12h~at277一317K.TheK,~showntobeco吮latedwiththetemperature(T).仆e‘tivationene心eswererangedfl℃m9.50kJ·mol一1to17.92kJ·mol一1.为犷仰六贻:benzenevaper,sorption,kinetics,activationene终汀.