文摘

我们研究了阴离子表面活性剂的吸附,十二烷基硫酸钠(SDS)和十四硫酸钠(STS),到铝(Al₂O₃本研究)和大尺寸。SDS和STS吸附的有效条件₂O₃系统研究。SDS和STS吸附的条件γ状态”₂O₃进行了优化,发现接触时间180分钟,pH值4,氯化钠和1毫米。吸附SDS和STS到大₂O₃珠子增加离子强度的增加,表明吸附是由之间的静电吸引阴离子硫酸组和带正电的基地₂O₃表面,以及疏水的烷基长链表面活性剂分子之间的相互作用。然而,疏水作用的STS吸附远远高于SDS吸附。获得的SDS和STS吸附等温线在不同氯化钠浓度上₂O₃珠被两步吸附安装好。吸附机制被废弃的详细的基础上吸附等温线,表面电荷的变化,和功能表面的变化组织通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)。表面活性剂吸附在半岛上的应用₂O₃去除镉离子(Cd^{2 +})也进行了研究。最优条件Cd^{2 +}除使用surfactant-modified氧化铝(SMA) pH值6,接触时间120分钟,离子强度0.1毫米氯化钠。在最佳条件下,Cd的去除效率^{2 +}使用SMA显著增加。我们表明,SMA是一种新型的吸附剂去除Cd^{2 +}从水溶液。

1。介绍

表面活性剂广泛应用化学清洗。在环境修复中的应用,无机和有机污染物的去除污染土壤和地下蓄水层沉积物主要是增强通过使用表面活性剂(1]。在这个过程中,表面活性剂损失减少的可用性吸附的表面活性剂增溶,因为土壤和沉积物2]。土壤和沉积物中可视为有机和无机材料的混合物。金属氧化物氧化或矿物是土壤和沉积物的主要无机成分。为了考虑的无机和有机物质,因此,表面活性剂在金属氧化物的吸附行为的信息将形成一个基础的分析(3- - - - - -5]。

许多实验研究已经报道的胶粒吸附表面活性剂在金属氧化物(2,3,5- - - - - -9]。然而,吸附到小胶粒会引起另一个复杂因素,因为粒子的聚合。最好的研究分析使用相对较大的珠子,可以用来传递现象的分析和应用固相萃取技术(10]。在先前发表的论文,我们成功地分析了阴离子型表面活性剂的吸附等温线,十二烷基硫酸钠(SDS)上α状态”₂O₃在不同氯化钠浓度和pH值较低的特定区域(11]。表面活性剂SDS-modifiedα状态”₂O₃(SMA)也研究了去除铵离子从溶液中12]。同时,有机和无机污染物的吸附去除使用SMA仔细检查了Adak et al。13- - - - - -18),证明SMA是一种新型的吸附剂。然而,这群没有研究吸附去除的有毒重金属离子镉(Cd^{2 +}使用SMA)。

应该注意的是,表面活性剂烷基链是一个重要因素,强烈影响吸附行为和吸附层结构由于疏水相互作用的存在。预测烷基链的影响,hemimicelle的概念是众所周知的。hemimicelle的概念最初提出的发言和Fuerstenau19]。两步吸附模型(6,20.)提出了hemimicelles linear-linear范围图(20.]。基于两步模型的理论概念,一般的吸附等温线方程推导。这个方程已成功应用于各种类型的表面活性剂吸附等温线和许多系统相关的表面活性剂和聚合物(11,12,20.- - - - - -24]。虽然表面活性剂烷基链的作用吸附在金属氧化物研究[25,26)、烷基硫酸盐表面活性剂的有效条件对吸附到金属氧化物并没有被研究过。

在这篇文章中,我们报告的烷基硫酸盐表面活性剂吸附十四硫酸钠(STS)和SDS在艾尔₂O₃大尺寸。有效吸附条件如接触时间、pH、离子强度与实验研究。两步吸附模型以适应在不同的离子吸附等温线的优势。根据吸附等温线、吸附机制提出表面电荷变化,通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)表面改性。应用SDS和STS吸附镉离子的去除也调查。我们所知,这是第一个系统研究SDS和STS吸附到₂O₃大珠子的吸附等温式两步模型和建模应用程序去除重金属的使用surfactant-modified氧化铝(SMA)。

2。实验

2.1。材料和化学物质

超纯γ状态”₂O₃(德国Riedel-de一点儿),直径50 ~μ米,是本研究中使用。最初的γ状态”₂O₃珠治疗根据我们之前发表的论文(27]。的治疗γ状态”₂O₃被用来研究阴离子表面活性剂的吸附。

阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和十四硫酸钠(STS)纯度> 95% Sigma-Aldrich提供的,使用前未经纯化。数据1(一)和1 (b)显示SDS和STS的化学结构。阳离子染料亚甲蓝(纯度高于98.5%)和有机溶剂氯仿CHCl₃总经理(高效液相色谱级)沙劳打电话,能够允西班牙,被用来确定浓度的SDS和STS的分光光度法。镉的标准溶液(在0.5 M HNO 1000 ppm₃)从默克公司(德国)购买。

其他化学物质从默克公司总经理或沙劳打电话的分析能够允购买试剂级。超纯水系统(美国Labconco)的电阻率18.2 MΩ·厘米是用于生产超纯水在准备所有水的解决方案。

2.2。吸附研究

吸附等温线得到在50毫升锥形烧瓶塞在室温下,控制空调(22±2°C),使用损耗的方法。SDS与STS吸附研究,0.1 g的治疗γ状态”₂O₃混合着25毫升瓶不同浓度的氯化钠溶液。然后,SDS浓度和STS从10⁻⁵米到10⁻²M是准备和pH值调整到原始价值。不同的接触的时间后,γ状态”₂O₃是分开的的解决方案。SDS的吸附能力上γ状态”₂O₃是由不同浓度的SDS和STS的解决方案通过分光光度法测定吸附前后使用以下方程: 在哪里SDS和STS吸附容量(毫克/克),最初的SDS和STS浓度(更易/ L),最后SDS浓度和STS(更易/ L),样品的体积(左),的分子量SDS或STS,的吸附剂质量₂O₃(g),一式三份的吸附进行了研究。

吸附效率 SDS和STS的计算 在哪里吸附效率(%)和吗和最初的SDS和STS浓度和最终SDS浓度和STS(更易/ L),分别。

吸附去除重金属离子,0.1 g的吸附剂彻底的解决方案是混合着25毫升溶液的Cd^{2 +}50毫升10 ppm的厄伦美厄烧瓶在22岁±2°C由空调控制。pH值的影响,吸附剂用量,接触时间,离子强度的Cd^{2 +}被调查。所有的Cd浓度^{2 +}量化了火焰原子吸收光谱法(F-AAS)。删除( ,%)的Cd^{2 +}计算了 在哪里和初始浓度和Cd的最终浓度吗^{2 +}分别(ppm)。

2.3。仪器的方法

浓度的SDS和STS萃取分光光度法测定基于离子对复合物的形成阴离子表面活性剂与阳离子染料亚甲蓝在氯仿溶剂。测量样品和标准的解决方案或空格进行同时根据以前发表的论文(11]。在氯仿相离子对复合物的吸光度测量的波长655 nm的紫外可见分光光度计(uv - 1650 pc,日本岛津公司)与封闭的石英试管1厘米的光学路径长度。紫外可见吸光度和浓度的SDS之间的关系和STS的标准校准曲线在不同电解液浓度和pH值的相关系数至少0.999。

所有的Cd浓度^{2 +}在解决方案中使用原子吸收光谱仪测定(aa - 6800、日本岛津公司、日本)。空心阴极灯(HCL)被用来发出窄的波长为228.8 nm。狭缝宽度被保持为常数为0.5 nm F-AAS测量。标准曲线的Cd^{2 +}通过原子吸收光谱法的相关系数至少0.9995之前检查每次确定未知样品。

电位方法使用一个嗨2215汉娜仪器酸度计玻璃组合电极用于监视所有pH值的解决方案。三种标准缓冲(4.0、7.0和10.0,汉娜)被用来校准前电极测量pH值的解决方案。表面电荷的变化γ状态”₂O₃珠子被监测评估pH值前后SDS和STS吸附。1毫米的氯化钠溶液进行初始pH值的4到10的范围内使用的氢氧化钠和盐酸0.1解决方案。然后,使用上面的酸度计测量pH值。吸附平衡时间之后,最后的pH值测定。图形的绘制之间的初始和最终酸度对最初是用来评估表面电荷的变化(28]。

确认表面改性的氧化铝SDS和STS吸附后,傅里叶变换红外光谱(FTIR)是使用一个Affinity-1S(日本岛津公司、日本)。Cd后官能团的变化^{2 +}吸附也评估了红外光谱。红外光谱是在大气压力下,获得室温控制的空调(22±2°C),和一个解决4厘米⁻¹。

3所示。由一般等温线方程建模

获得的等温线SDS和STS的安装一般等温线方程。一般等温线方程如下(20.]: 在哪里的吸附量SDS和STS(毫克/克),最大吸附量(毫克/克),然后呢是hemimicelle浓度的数量(g /毫克)(g /毫克)ⁿ⁻¹平衡常数的第一步和第二步,分别。表示溶液中的平衡浓度的SDS和STS(更易/ L)。

选择合适的参数描述了表面活性剂吸附在先前发表的论文(11]。

3.1。结果与讨论

3.2。吸附SDS和STS的氧化铝

3.2.1之上。接触时间的影响

接触时间影响吸附平衡的完整性。接触时间的影响在SDS和STS的吸附效率₂O₃被显示在图2。图2表明,SDS的吸附效率和STS从0增加到180分钟。180分钟后,吸附无关紧要的改变。它表明,吸附达到平衡SDS和STS的180分钟。因此,180分钟适合SDS和STS的吸附。我们可以看到在图2STS的吸附达到平衡的速度比SDS吸附。SDS的吸附和STS在我们的案例中要快得多烷基硫酸盐表面活性剂的吸附到金属氧化物(11,29日,30.]。图2还表明,所有误差显示复制小,表明实验有很好的重复性。

3.2.2。pH值的影响

溶液pH值在阴离子表面活性剂的吸附中扮演一个重要的角色上₂O₃因为它可以影响铝的表面电荷₂O₃虽然SDS的充电行为和STS独立博士初始pH值的影响在SDS和STS吸附到₂O₃调查在3 - 10的pH值范围在1毫米氯化钠(图3)。

图3表明,SDS和STS的吸附₂O₃达到最大的pH值4。的吸附随溶液pH值增加而降低酸碱4到7 SDS和STS由于正电荷的减少₂O₃。这些趋势类似于SDS上的吸附α状态”₂O₃小的特定区域(11]。SDS上的吸附α状态”₂O₃诱导质子相伴的表面电荷α状态”₂O₃用SDS增加吸附长大。表面电荷的改变将讨论在SDS和STS吸附在吸附机制。

一方面,在pH值高于7,因为电荷吸附增加的逆转₂O₃发生并通过疏水作用吸附是诱导。解散γ状态”₂O₃可以发生在pH值3,吸附SDS和STS却降低了。在pH值3,误差最高和残余表面活性剂吸附后不稳定,强烈影响γ状态”₂O₃解散。

3.2.3。离子强度的影响

离子强度影响阴离子表面活性剂之间的静电吸引和带正电₂O₃表面。我们可以看到在图4从0到1毫米,吸附效率增加氯化钠然后他们减少从1到200毫米。以非常低的盐浓度,吸附SDS和STS控制静电和疏水相互作用[31日,32]。然而,表面活性剂的解吸是增强随着盐浓度(33]。应该注意的是,SDS和STS的浓度等于10⁻⁵M,静电吸引,这样引起的吸附主要是吸附随盐浓度增加而减小。为了理解硫酸盐表面活性剂的吸附行为和烷基链的影响,吸附等温线拍摄,在下一节中详细讨论。

3.2.3.1。吸附等温线SDS和STS的半岛上₂O₃。离子强度的影响在SDS和STS吸附等温线在氧化铝表面充分展现出。提出了等温线显示两个步骤在不同离子强度。两步吸附模型计算曲线的显示为数字的实线5和6可以合理地代表实验数据通过使用合适的参数(表吗1)。从拟合过程根据我们发表的论文(11),的值选择3为STS SDS和3.2。尽管的值从这个模型获得比使用光谱方法测量聚合数量(5,34),结果从两步模型是有用的评估离子强度的影响。

图5表明在不同盐浓度、SDS的吸附密度随盐浓度的增加,因为之间的静电吸引带负电荷的SDS头组和带正电γ状态”₂O₃表面是通过增加盐浓度下降。SDS吸附等温线的低盐在高盐高于其他人。对STS吸附,这种趋势是挪用STS浓度较低(图6)。然而,在高表面活性剂浓度、STS的吸附密度增加而增加盐浓度的筛选硫酸带负电荷的离子之间的排斥力。

在高离子强度(10和100毫米氯化钠),最大吸附STS高于SDS(表1)。特别是最大吸附容量的STS SDS的2.4倍。这意味着烷基硫酸盐强烈的吸附由疏水作用在高离子强度控制。结果是在良好的协议与之前发表的论文(11,32,35]。显著下降的原因可能是由于临界胶束浓度(CMC)时增加离子强度。然而,在低离子强度(1毫米氯化钠)吸附STS的SDS高于。它表明,SDS的静电吸引力较强吸附比STS吸附在低盐。当越来越多的盐,减少静电吸引和疏水作用增强。另外,碳链长度在疏水的力量中扮演一个重要的角色,吸附在高离子强度增加而增加碳链。同时,的值似乎是一个参数来评估中碳链的影响是STS更高比SDS吸附吸附。一方面,的值无关紧要的改变。我们表明,烷基硫酸盐表面活性剂的吸附引起的静电和疏水相互作用。

3.2.4。吸附机制

烷基硫酸盐表面活性剂的吸附γ状态”₂O₃详细讨论了基于表面电荷的改变,由红外光谱官能团的变化,吸附等温式。

表面电荷的变化评估了不同初始酸度和最终在SDS和STS吸附(图7)。

SDS和STS更高的吸附量比质子相伴。然而,质子吸附显著,SDS和STS吸附后,pH值的差异(ΔpH)很高,尤其是对低博士SDS和STS分子的筛选中发挥着重要作用诱导质子吸附。烷基链长度的影响显然是观察图7在这对STSΔpH吸附总是高于SDS吸附。这些结果同意与吸附等温式的SDS和STS的结果。在质子伴随高pH值的影响表面活性剂分子吸附与头部组织向γ状态”₂O₃表面。这一趋势与SDS的情况下吸附到相似α状态”₂O₃与小面积。另一方面,疏水核心是有限的,这样净电荷在表面的双分子层很低(35]。这些发现表明,静电相互作用的重要SDS和STS的吸附γ状态”₂O₃。

表面活性剂吸附机制建议通过比较普通的红外光谱谱γ状态”₂O₃(图8)和γ状态”₂O₃吸附后的珠子(数字9和10)。图8表明,峰值出现在3564.45厘米⁻¹分配-哦伸缩振动。1645.28厘米的吸收带⁻¹是由于水分子在样例(36]。扩大峰值893.04厘米之间⁻¹和522.71厘米⁻¹证实了Al-O的弯曲振动γ状态”₂O₃。另一方面,数字9表明,ch的相对不对称和对称的拉伸强度₂——出现在2922和2856厘米⁻¹减少显著的光谱γ状态”₂O₃SDS后吸附相比,SDS粉。另一方面,数字10仍然显示了强烈的ch山峰的伸展运动₂——出现在2926和2860厘米⁻¹在STS吸附到γ状态”₂O₃。这些表明,表面疏水作用发生γ状态”₂O₃。此外,疏水作用的STS SDS吸附的吸附比。此外,的高峰约1254厘米⁻¹和1218厘米⁻¹发生强烈的频谱SDS和STS,虽然这些乐队不出现在的光谱γ状态”₂O₃在SDS和STS吸附(数据9和10)。这表明硫酸SDS和STS头组的表面γ状态”₂O₃通过静电吸引。Admicelles与双分子层包含第一层正面的方向γ状态”₂O₃和第二层形成的脑袋向解决方案(11]。同时,admicelles比SDS增强在STS的情况下。结果也在良好的协议与等温吸附线以上的部分所示。红外光谱的结果γ状态”₂O₃在SDS和STS吸附结合吸附等温线表明SDS和STS分子主要表面的吸附γ状态”₂O₃通过静电吸引和可能通过疏水作用。在STS中疏水作用明显强于SDS,证明烃烷基链长度的影响是烷基硫酸盐表面活性剂吸附具有十分重要的意义。

3.3。使用Surfactant-Modified氧化铝吸附去除镉(SMA)

3.3.1。pH值的影响

溶液的pH值是最重要的因素之一,强烈影响的Cd^{2 +}。pH值会影响吸附剂的充电行为和Cd的物种^{2 +}在水溶液。为了评估表面活性剂改性的作用,我们比较三种吸附剂。γ状态”₂O₃表示没有表面活性剂时γ状态”₂O₃材料在STS preadsorption和SDS preadsorption被称为与STS修改和SDS改性,分别。初始pH值的Cd上的影响^{2 +}使用三种吸附剂在pH值的范围在1毫米氯化钠表示在图3 - 711。

我们可以看到在图11,的Cd^{2 +}使用三种吸附剂(没有表面活性剂,STS修改和SDS改性)增加而增加酸度从3到6。的光盘^{2 +}与表面活性剂改性总是高于没有表面活性剂,证明surfactant-modifiedγ状态”₂O₃是一个更好的吸附剂相比γ状态”₂O₃没有表面活性剂。在最佳pH值,删除Cd^{2 +}增加从62.7%(没有表面活性剂)到94.6% (SDS改性)。此外,STS修改之间的差异和SDS改性是无关紧要的。由于SDS是一个更常见的化学与STS相比,SDS-modifiedγ状态”₂O₃(SMA)选择深造的Cd^{2 +}从水溶液。的最佳pH值的Cd^{2 +}SMA是pH值6。

3.3.2。接触时间的影响

图12显示的Cd^{2 +}使用SMA正在迅速增加。取消增加而增加接触时间从5分钟到120分钟。120分钟后,删除Cd^{2 +}改变很少。它表明,吸附的Cd^{2 +}使用SMA在120分钟到达平衡。因此,120分钟是选择的Cd^{2 +}使用SMA。

3.3.3。离子强度的影响

离子强度的影响之间的静电吸引Cd^{2 +}在SMA和SDS剩余γ状态”₂O₃表面。图13表明,去除效率随氯化钠浓度的增加,除了盐免费(0毫米氯化钠)。没有盐,盐的静电相互作用小于。然而,增加氯化钠浓度诱导Cl的存在⁻离子。当增加盐、氯的浓度⁻高,所以删除却降低了。这个结果也可以解释为解吸的SDS在高盐浓度(33]。增加氯化钠浓度减少DS的吸引力⁻与光盘^{2 +}这样复制实验的误差在高盐浓度似乎更大。

3.3.4。表面改性后的SMA镉吸附

吸附的Cd^{2 +}在SMA诱导电荷SMA的官能团。图14显示了SMA的红外光谱在Cd^{2 +}吸附。SDS-modified的红外光谱谱γ状态”₂O₃吸附后的光盘^{2 +}(图14)表明,特定的山峰分配CH的振动₂2500厘米的波数范围⁻¹-3500厘米⁻¹仍然发生但强度与SMA(相比要小得多37]。这意味着经过吸附的阳离子Cd^{2 +},小数量的SDS admicelles SDS依然存在γ状态”₂O₃。换句话说,Cd的吸附^{2 +}引起负面SMA表面越少。

3.3.5。比较的有效性SMA和其他吸附剂

许多研究人员调查的Cd^{2 +}使用不同种类的吸附剂。然而,吸附去除的Cd^{2 +}使用surfactant-modified氧化铝(SMA)并没有被研究过。此外,SMA在目前的研究中,用于实现最高的去除效率与吸附剂相比(表2)。同时,Cd的吸附能力^{2 +}在SMA比较与其他吸附剂时是相当高的。这表明SMA是一种新型的吸附剂去除的Cd^{2 +}从水的解决方案。

4所示。结论

我们已经研究了烷基硫酸盐表面活性剂的吸附,十二烷基硫酸钠(SDS)和十四硫酸钠(STS),到大γ状态”₂O₃珠子和申请去除重金属离子(Cd^{2 +})使用surfactant-modifiedγ状态”₂O₃(SMA)_。SDS的有效吸附条件和STS吸附到γ状态”₂O₃发现随着接触时间180分钟,pH值4,氯化钠和1毫米。吸附等温线的SDS和STS上γ状态”₂O₃两步吸附模型拟合得很好。上烷基硫酸盐表面活性剂的吸附γ状态”₂O₃静电和疏水相互作用引起的。然而,疏水作用是更强大的STS吸附比SDS吸附。对于SDS吸附,静电吸引力比疏水作用更重要。经分析吸附等温线的吸附机制,表面电荷的变化,并通过红外光谱表面改性。吸附去除的Cd^{2 +}从使用SMA研究水溶液。最优条件Cd^{2 +}除使用SMA是pH值6,接触时间120分钟,离子强度0.1毫米氯化钠。的光盘^{2 +}从62.7%上升(没有表面活性剂)与SDS改性后94.6%。我们表明,SMA与其他吸附剂相比是一种新型的吸附剂去除的Cd^{2 +}从水溶液。

数据可用性

(1)数据都是主要在我们实验室进行化学学院,VNU科学大学越南国立大学,河内,19 Le Thanh通德Kiem, 10000年河内,越南,部分环境工程和化学的中心安全、越南化学工业研究所2 (Pham Ngu老挝,霍岩Kiem, 10000年河内,越南,和教师的物理和化学工程、Le Quy唐科技大学,236年黄平君Quoc越南,河内,越南。(2)文章中的数据可以访问教员的化学,VNU科学大学越南国立大学,河内,19 Le Thanh通德Kiem, 10000年河内,越南;环境工程和化学安全中心,越南化学工业研究所2 (Pham Ngu老挝,霍岩Kiem, 10000年河内,越南;物理和化学工程学院,Le Quy唐科技大学,236年黄平君Quoc越南,河内,越南。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

补充材料

S1:傅里叶变换红外光谱(FTIR)修改的氧化铝表明,峰值出现在3664.45厘米⁻¹分配-哦伸缩振动。1645.28厘米的吸收带⁻¹是由于水分子在样例(1]。扩大峰值893.04厘米之间⁻¹和522.71厘米⁻¹证实了Al-O的弯曲振动γ状态”₂O₃。S2:傅里叶变换红外光谱(FTIR) SDS-modifiedγ氧化铝吸附镉表明特定的山峰后分配的振动CH2 - 2500厘米的波数范围⁻¹-3500厘米⁻¹仍然发生但强度与SMA(相比要小得多2]。这意味着吸附阳离子Cd2之后⁺,小数量的SDS admicelles SDS依然存在γ状态”₂O₃。换句话说,张的吸附⁺引起负面SMA表面越少。(补充材料)