侯人月，贺 燕，李成吾，刘艳辉

（沈阳理工大学 材料科学与工程学院，辽宁 沈阳110168）

微晶纤维素对苯酚吸附行为的探究*

侯人月，贺 燕，李成吾，刘艳辉

（沈阳理工大学 材料科学与工程学院，辽宁 沈阳110168）

采用水浴振荡法研究微晶纤维素对苯酚的吸附行为，分别考察了pH值，时间，温度和微晶纤维素溶胀处理前后对吸附过程的影响。结果表明，pH=7时，吸附率最大为42%；吸附时间为4h，吸附达到平衡。微晶纤维素对苯酚的吸附，受温度影响较小。溶胀后的微晶纤维素对苯酚吸附效果明显好于未溶胀的微晶纤维素。

微晶纤维素；苯酚；吸附

前言

微晶纤维素是由天然纤维素经无机酸水解到达极限聚合度的极细微的白色棒状或无定型结晶粉末[1,2],是多羟基化合物，具有吸附性，常作为药物的吸附剂。而苯酚是生产树脂、杀菌剂、防腐剂以及药物的重要原料。涂料、农药、高分子树脂生产企业以及石化工业将产生大量的苯酚废水[3]。由于苯酚具有高毒性和致癌性,严重危害人体健康,对环境也会造成严重的污染，因此苯酚废水的处理备受关注。本文利用微晶纤维素吸附苯酚，探究pH值、时间、温度以及苯酚的初始浓度和微晶纤维素的分子链状态对苯酚吸附的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料与试剂

微晶纤维素（实验室自制）；苯酚，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；盐酸，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；氨水，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；氯化铵，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；铁氰化钾，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；4-氨基安替比林，天津市大茂化学试剂厂；实验室用水均为去离子水。

1.2 仪器与设备

水浴恒温振荡器，SHA-BA，上海巨纳科技有限公司；防水笔型pH计，PHscan10L，上海般特仪器有限公司；可见分光光度计，V-5800，上海元析仪器有限公司。

1.3 微晶纤维素的预处理

将10g微晶纤维素放入18%的NaOH溶液中在超声振荡下溶胀1.5h，再加入无水乙醇，将溶于NaOH溶液中的微晶纤维素析出，洗涤抽滤，直到滤液为中性，将半干燥的溶胀的微晶纤维素置于二甲基亚砜中，超声振动2h后，在100℃烘干后备用。

1.4 微晶纤维素对苯酚的吸附试验

称取一定量微晶纤维素加入50mL一定浓度的苯酚溶液中，用NaHCO3调节pH值，在一定温度下恒温振荡一定时间，静止后，取上清液，测其吸光度，根据苯酚标准曲线方程计算吸附后的浓度，进而计算吸附量及吸附率。

1.5 测试方法

水溶液中苯酚浓度采用4-氨基安替比林分光光度法测定。

2 结果与讨论

2.1 苯酚标准曲线

可见分光光度计的波长定为510nm，用2cm比色皿，以水为参比，测量苯酚浓度分别为0.0、0.1、0.2、0.6、1.0、1.4、2.0mg/L的吸光度,以苯酚浓度为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制苯酚标准浓度曲线如图1所示。

图1 苯酚标准曲线Fig.1 The standard curve of phenol

标准曲线回归方程相关系数R=0.9999，苯酚标准曲线方程为：Y=0.02335+0.18256X

式中：Y为吸光度

X为苯酚浓度（mg/g）

2.2 pH值对吸附效果的影响

取初始浓度为0.5mg/L的苯酚溶液，加入0.5g微晶纤维素，在20℃下反应4h，考察不同pH值对吸附效果的影响，实验结果见图2所示。

图2 pH值对苯酚吸附量的影响Fig.2 The effect of pH value on the adsorption capacity for phenol

由图2可见，当pH值在3.0～9.0的范围内时，吸附率随着pH值的增加先增大后减小，在pH值为7.0时吸附率为42%，达到最高。因为在pH值小于7时，水分子与氢离子易产生H3O+结构，它的极性远比苯酚强，故其更易于在纤维素上发生吸附，导致苯酚吸附点被占据，使得吸附率随氢离子浓度的降低而增大；而当pH值大于7时，纤维素上部分电离的羟基与电离的苯酚均带有负电荷，它们之间相互排斥，故吸附率也下降；因此，pH值=7.0时，吸附效果最好。

2.3 反应时间对吸附效果的影响

根据前面pH值对吸附影响的实验结果，选择7.0为合适的pH值，向一组含有0.5g微晶纤维素的三角瓶中加入0.5mg/L的苯酚溶液50mL，在20℃下恒温振荡，经不同时间吸附后取上清液，测吸光度，计算吸附量并找出吸附平衡时间。

图3 反应时间对吸附效果的影响Fig.3 The effect of reaction time on the adsorption rate

图3为反应时间对苯酚吸附效果的影响，可以看出在1～2h内为快速吸附阶段，吸附率由14.1%增长到26.2%，吸附初期，微晶纤维素对苯酚的吸附主要发生在分子表面和孔内表面，因此，吸附率增加很快。2～4h为慢速吸附阶段，吸附率随时间缓慢增加到30.5%，在吸附后期，吸附受扩散控制，主要发生在微晶纤维素深孔内界面，吸附不容易进行，故吸附速率增加减缓，4h以后为吸附平衡阶段，随着时间的增加，吸附率基本不变。

2.4 反应温度对吸附效果的影响

配置pH值为7.0，浓度分别为100mg/L、200mg/L、300mg/L、400mg/L、500mg/L的苯酚溶液，将0.5g微晶纤维素加入到配好的苯酚溶液中，恒温振荡4h，取其澄清液测吸光度，计算吸附量。

图4为温度对微晶纤维素吸附苯酚的影响，由图4可知，不同温度所作的等温吸附曲线大致呈线性，证明无化学吸附，尤其是温度越高，曲线的线性越强烈，可知苯酚在微晶纤维素上的吸附基本为物理吸附；此外，不同温度下的吸附量很接近，说明温度对纤维素吸附在20～60℃影响并不显著。

图4 温度对苯酚吸附量的影响Fig.4 The effect of temperature on the adsorption capacity for phenol

2.5 微晶纤维素溶胀改性前后对吸附效果的影响

配置2组pH值为7.0，浓度分别为100mg/L、200mg/L、300mg/L、400mg/L、500mg/L的苯酚溶液，将0.5g溶胀与未溶胀的的微晶纤维素分别加入到配好的苯酚溶液中，20℃恒温振荡4h，取其澄清液测吸光度，计算吸附量。

由图5可以看出，溶胀后的纤维素吸附效果明显优于未溶胀的纤维素，因为微晶纤维素经NaOH溶液溶胀后，分子间由水分子取代，在干燥时，水分子同纤维素共同结晶，但二甲基亚砜对水分子的吸收力更为强烈，因此可以利用该性质替换掉纤维素分子间的水分子，从而使纤维素处于溶胀状态。溶胀后的纤维素不仅表面积增加，而且露出的活性羟基更多，因此可以大大提高对苯酚的吸附量。

图5 溶胀与未溶胀的微晶纤维素对苯酚吸附量的影响Fig.5 The adsorption amount of phenol adsorbed by the microcrystalline cellulose before and after swelling treatment

3 结 论

（1）未经溶胀的纤维素在pH=7时吸附效果好，4h达到吸附平衡，吸附受温度影响较小，吸附过程为物理吸附。

（2）经过溶胀处理后的微晶纤维素对苯酚吸附效果明显好于未经溶胀的微晶纤维素。

［1］ 李明皓，徐开俊，阮攀，等.微晶纤维素的合成［J］.广东化工，2013，4：13～14.

［2］ 何耀良，廖小新，黄科林，等.微晶纤维素的研究进展［J］.化工技术与开发，2010，1：12～16.

［3］ 律晓鑫，陈凯，张凤.浅谈含苯酚废水的处理［J］.化学教学，2012，8：75～77.

Study on the Adsorption Behavior of Phenol on Microcrystalline Cellulose

HOU Ren-yue,HE Yan,LI Cheng-wu and LIU Yan-hui
（College of Material Science and Engineering,Shenyang Ligong University,Shenyang 110168,China）

The adsorption of phenol by microcrystalline cellulose was studied with the water bath succussion method.The effects of pH value, time,temperature and swelling treatment for microcrystalline cellulose on the adsorption progress were investigated.The experimental results showed that the adsorption rate reached the maximum(42%)when pH=7;the adsorption would achieve balance when the adsorption time is 4 hours;the temperature has slight effect on the adsorption of phenol by microcrystalline cellulose;and the microcrystalline cellulose after swelling treatment would have an obviously better adsorption effect than the untreated one.

Microcrystalline cellulose;phenol;adsorption

TQ424.25

A

1001-0017（2015）06-0403-03

2015-09-08 *基金项目：沈阳市科技局项目：含硫螯合型纤维素制备技术合作研究（编号：F15-173-6-00）

侯人月（1989-），女，黑龙江七台河人，在读硕士生，主要从事功能材料制备的研究。