论文摘要
木质素磺酸盐是亚硫酸盐法制浆蒸煮废液回收的副产物,来源丰富、价格低廉,属可再生资源。木质素磺酸盐以非极性的芳环侧链和极性的磺酸基相结合的形式存在,极性部分决定了它的表面活性,可用作阴离子表面活性剂。当它被吸附到各种有机或无机颗粒上,由于阴离子基团之间的相互静电排斥作用和高分子的空间位阻,使质点保持稳定的分散状态。目前,木质素磺酸盐及其改性产品作为悬浮液体系的分散剂已得到较多的研究,但由于木质素磺酸盐属于天然高分子聚合物,分子量分布宽、结构复杂、分子基团多等原因,给木质素磺酸盐在固体表面吸附的机理研究带来很大的困难,研究工作进展缓慢。木质素磺酸盐对悬浮液体系的分散稳定作用基于其分子在固液界面上的吸附性能,因此其吸附研究对其应用起着重大意义。工业应用中,吸附剂的成分复杂、形貌多样给木质素磺酸盐在固液界面上的吸附研究带来很大的困难。为了减小吸附剂的杂质、形貌等因素对木质素磺酸钠（简称木钠）在固体表面吸附的影响,本论文选取了TiO2和活性炭做为吸附剂。研究了木钠在它们表面吸附的动力学和热力学。通过改变吸附体系的溶液环境,研究木钠在TiO2颗粒和活性炭表面的吸附作用力。借助了GPC、FTIR、UV、XPS、AFM等分析方法对吸附进行表征,初步揭示出吸附机理。木钠在TiO2颗粒表面吸附动力学表明,吸附过程符合Langmuir速率方程。吸附表观活化能Eα=7.826 kJ·mol-1。吸附热力学研究结果表明,随着温度的升高,木钠在TiO2颗粒表面吸附量增大,吸附平衡常数增大,即升高温度有利于吸附的进行。求得热力学参数分别为:ΔHad=2.373 kJ·mol-1,ΔSad=0.11 J·mol-1·K-1,ΔGadΘ=-30.6 kJ·mol-1（30℃）。吸附主要是通过弱的烃链和颗粒表面的氢键、静电作用、疏水作用等物理和化学作用吸附在TiO2颗粒表面上。Zeta电位测试结果表明,TiO2颗粒的等电点为4.17,木钠在水溶液中带负电,木钠吸附使TiO2颗粒表面电负性增强,在木钠平衡浓度为0.83 g·L-1时TiO2颗粒的Zeta电位由-34.9 mV降到最低值-57.46 mV。GPC测试结果表明,大分子的木钠优先吸附在TiO2颗粒表面上。随着pH值的增加,吸附量减少。随着盐的加入,木钠在TiO2颗粒表面的吸附量及吸附速率均显著增加。无机盐使木钠在TiO2颗粒表面的吸附量增加量由大到小依次为CaCl2>KCl>NaI>NaBr>Na2SO4>NaCl>no salt。加入无机盐后木钠在TiO2颗粒表面的数据符合Freundlich方程。尤其是CaCl2使木钠饱和吸附量从4.7 mg·g-1增大至12.0 mg·g-1。XPS测试结果表明,无机盐的存在使木钠在TiO2颗粒表面吸附层厚度增加,阳离子与木钠一起吸附在TiO2颗粒表面,而阴离子不吸附在固体之上。尤其是CaCl2使吸附层厚度从4.9 nm增加到11.8 nm。AMF观察结果表明,阳离子通过使木钠聚集成团而增大其吸附量,阴离子通过使分子蜷缩变小,增大单层吸附密度而增加吸附量。尿素使木钠在TiO2颗粒表面上的吸附量减小11%,表明氢键作用是木钠在TiO2颗粒表面上的吸附的主要作用之一。XPS结果表明,尿素可能通过与木钠形成氢键而与木钠一同吸附在TiO2颗粒表面。FTIR测试结果也表明木钠与TiO2颗粒表面之间存在着强烈的氢键作用。木钠在活性炭吸附动力学表明,吸附过程符合Langmuir速率方程。热力学研究结果表明,木钠在活性炭表面吸附受温度影响较小。木钠吸附主要是通过弱的烃链和颗粒表面的静电作用、疏水作用等作用吸附在活性炭表面上,并且有大量的木钠吸附到活性炭孔隙。Zeta电位测试结果表明,活性炭的等电点为3.79,木钠吸附使活性炭表面负性增强, Zeta电位降低,由-36.7 mV降到最低值-44.2 mV。GPC测试结果表明,小分子的木钠优先吸附在活性炭表面上。随着pH值的增加,吸附量减少。随着盐的加入,木钠在活性炭的吸附量及吸附速率均显著增加。无机盐使木钠在活性炭表面的吸附量增加量由大到小依次为CaCl2>NaCl>Na2SO4>no salt。在无机盐存在下木钠在活性炭表面的吸附符合Freundlich方程。尿素使木钠的吸附量降低26%。在尿素存在下木钠在活性炭表面的吸附即符合Langmuir方程,又符合Freundlich方程。XPS结果表明,尿素可能通过与木钠形成氢键而与木钠一同吸附在活性炭表面。碳链中碳元素的个数为4到12的直链醇均使木钠在活性炭上的吸附量显著增加,最大吸附量由35.2 mg·g -1增大到83.4 mg·g -1。本研究选取了极性、亲水的TiO2和非极性、疏水、多孔的活性炭为吸附剂,研究了木钠在它们表面的吸附性能。结果表明,木钠吸附均使颗粒电负性增强,溶液pH值的增大均使木钠吸附量减小,无机盐的加入均使吸附量增大,尿素的加入了均使吸附量减小。对于TiO2,温度升高使吸附量增大、吸附速率增快,大分子量木钠优先吸附在其表面;而对于活性炭,温度对吸附量和吸附速率影响不大,小分子量木钠优先吸附在其表面。初步揭示了木钠在固体颗粒表面的吸附机理,为木钠在这两类固体颗粒上的吸附研究提供了实验数据和理论依据。