NKA-Ⅱ樹脂吸附苯甲酸的熱力學研究

劉 蘭 彭 瀚 溫麗媛

(廣東石油化工學院，化學工程學院，廣東 茂名 525000)

NKA-Ⅱ樹脂吸附苯甲酸的熱力學研究

劉 蘭 彭 瀚 溫麗媛

(廣東石油化工學院，化學工程學院，廣東 茂名 525000)

研究了NKA-Ⅱ大孔吸附樹脂吸附苯甲酸的熱力學特性。 在溫度為298 K 、308 K和 318 K 條件下分別測定了吸附平衡數據并應用Freundlich和Langmiur等溫吸附方程進行擬合。結果表明，苯甲酸在NKA-Ⅱ大孔吸附樹脂上的吸附平衡符合Freundlich等溫吸附方程。熱力學分析發現 ΔH>0、ΔG<0、ΔS>0，表明苯甲酸在大孔吸附樹脂上的吸附屬于可自發進行的物理吸附，吸附過程吸熱，但吸附熱較小，溫度對吸附過程的影響較小。

大孔吸附樹脂 吸附 苯甲酸 熱力學

苯甲酸是一類常見的環境污染物，常存在于化工、食品和醫藥工業的廢水中，多為芳香化合物生物代謝的中間產物[1,2]。苯甲酸在工業廢渣、廢液中廣泛存在。大量苯甲酸類化合物的生產和使用使土壤和地下水體均遭受不同程度的污染，故苯甲酸的排放給環境帶來污染，對環境造成危害。

吸附法是處理水中有毒有害有機物的最常用的操作方法之一[3]。已見報道的苯甲酸吸附劑有活性炭、大孔樹脂等。大孔吸附樹脂性質穩定，可從水溶液中富集，分離和回收有機物質，因此被廣泛應用于有機廢水的處理。本文以NKA-Ⅱ樹脂作為回收苯甲酸的吸附劑，研究NKA-Ⅱ樹脂對水溶液中苯甲酸的吸附熱力學特性。

1實驗材料和儀器

主要試劑:NKA-Ⅱ樹脂,南京大學環境學院研制；乙醇 ，分析純，無錫潤利化學有限公司；苯甲酸，分析純，上海邦成化工有限公司。

主要裝置：DF-Ⅱ集熱式磁力攪拌器，常州澳華儀器有限公司；電熱恒溫干燥箱，上海雄發儀器有限公司。

2實驗數據記錄與分析

新樹脂預處理以去除樹脂中所含少量低聚物、有機物及有害離子。樹脂用2mol/L氫氧化鈉溶液浸泡6 h后水洗至中性，然后用95%乙醇浸泡12 h，后沖洗至無任何醇味，烘干。稱取NKA-Ⅱ樹脂置于錐形瓶中，加入含苯甲酸廢水溶液，置于一定溫度恒溫水浴振蕩器中，按一定時間間隔取溶液，用標準氫氧化鈉溶液滴定，計算t時刻濃度、t時刻吸附量以及吸附率。

2.1 靜態吸附等溫線

在不同溫度時，NKA-Ⅱ樹脂吸附苯甲酸的吸附數據如表1所示：

表1 298 K靜態吸附數據表Table 1 298 k static adsorption data

圖1 苯甲酸在NKA-Ⅱ樹脂上的靜態吸附等溫線Fig 1 static adsorption isothermof benzoic acid on NKA-Ⅱ resin

由圖1可知，在不同溫度條件下，吸附量隨著溫度的升高而略有增加。NKA-Ⅱ樹脂吸附苯甲酸的過程是一個吸熱過程，適當的增加溫度、增大濃度有利于吸附。

2.2 吸附熱力學分析[4,5]

吸附焓變△H根據Claperon-clausius方程計算：

lnCe=-lnKo+△H/RT

式中 R—理想氣體常數，8.314J/(mol·K)；

T—絕對溫度，K；

C—溶質在溫度T時的平衡濃度；

Ko—Clapeyon-clausius常數。

在不同溫度(298 K,308 K,318 K)下，平衡吸附量為Qe時，Ce可以根據Freundlich方程式求得，繪制ln(1/Ce)與1/T的直線，并進行線性擬合，即可求出吸附焓變量△H，計算結果見下表。

吸附自由能△G的值，可以根據Gibbs吸附等溫描述推導出計算吸附自由能變公式：

△G=-nRT方程，n為Freundlich方程中的系數。

吸附熵變可以根據Gibbs-Helmholtz方程△S在=(△H-△G)/T計算。NKA-Ⅱ樹脂吸附苯甲酸的熱力學數據見下表：

表2 NKA-Ⅱ樹脂吸附苯甲酸的熱力學參數Table 2 thermodynamic parameters of NKA-Ⅱ resin adsorption benzoic acid

由上表可知苯甲酸在NKA-Ⅱ樹脂上的等量吸附焓變△H>0，表明苯甲酸在NKA-Ⅱ大孔樹脂上的吸附過程為吸熱過程，提高溫度有利于吸附過程的進行；但是△H在5 kJ·mol-1左右，焓變值較小，表明升高溫度對吸附的過程的影響不明顯，同時也表明苯甲酸在NKA-Ⅱ型樹脂上的吸附不存在配位基交換和化學鍵力等強吸附力的作用，表明樹脂對苯甲酸吸附為物理吸附過程。

吸附焓△H隨樹脂吸附量Qe的增加而減??；吸附自由能變△G均為負值，說明樹脂對苯甲酸的吸附能自發進行；苯甲酸在NKA-Ⅱ樹脂上的吸附熵變△S>0，說明了在苯甲酸的吸附過程中同時存在著溶劑的解吸，苯甲酸的吸附過程自由度減小，為熵減過程，而溶劑即水的解吸過程則是熵增過程，由于水分子的分子量遠小于苯甲酸的分子量，所以每個苯甲酸分子的吸附將導致了多個水分子的解吸。因此，盡管吸附過程會使苯甲酸分子的自由度減小，但是由于樹脂中更多的水分子的解吸，最終結果就導致了熵的增加。

3結 論

(1)吸附量隨著溫度的升高而略有增加。NKA-Ⅱ樹脂吸附苯甲酸的過程是一個吸熱過程，適當的增加溫度、增大濃度有利于吸附。

(2)苯甲酸在NKA-Ⅱ樹脂上的等量吸附焓變△H>0，表明苯甲酸在NKA-Ⅱ大孔樹脂上的吸附過程為吸熱過程，提高溫度有利于吸附過程的進行。

(3)吸附焓△H隨樹脂吸附量Qe的增加而減??；吸附自由能變△G均為負值，說明樹脂對苯甲酸的吸附能自發進行；苯甲酸在NKA-Ⅱ樹脂上的吸附熵變△S>0，說明了吸附過程中同時存在著溶劑的解吸，苯甲酸的吸附過程自由度減小，為熵減過程。

[1] 汪星志,汪曉軍,王蓓蓓,徐金玲. 含錳氧化物的陶粒催化臭氧氧化苯甲酸廢水[J]. 環境工程學報,2016,(07):3 653～3 656.

[2] 黎玉香. 新型Fenton-流化床催化載體制備及處理苯甲酸廢水的研究[D].華南理工大學,2012.

[3] 陶為華,王敏. 聚乙烯吡啶樹脂對苯甲酸的吸附性能研究[J]. 分子科學學報,2014,(06):497～503.

[4] 劉會娥,朱慧,黃劍坤,丁傳芹,黃揚帆. 多壁碳納米管吸附柴油的熱力學特性[J]. 石油學報(石油加工),2017,(01):171-176.

[5] 歐陽平,范洪勇,張賢明,陳凌,王家序. 粉煤灰對廢潤滑油中水的吸附熱力學[J]. 功能材料,2017,(03):3 063～3 067+3 071..

StudyontheAdsoptionThermodynamicsofBenzoicAcidonMacroporous

Liu Lan Peng Han Wen Liyuan

(College of Chemical Engineering, Guangdong University of Petrochemical Technology,Guangdong Mao Ming 525000)

The NKA II macroporous adsorption resin adsorption thermodynamic properties of benzoic acid were stadiet. Under the temperatures of 298, 308 and 318 K, the adsorption equilibrium data were determined and fitting with Freundlich and Langmiur isothermal adsorption equation. The results showed that the acid in NKA-Ⅱ macroporous adsorption resin adsorption equilibrium was in line with the Freundlich isothermal adsorption equation.On this basis, through the thermodynamic analysis it was found the ΔH>0, ΔG<0, ΔS>0. It was suggested that benzoic acid adsorbed on macroporous adsorption resin were spontaneously physical adsorption, adsorption process was endothermic, but adsorption heat was small, the influence of temperature on the adsorption process was smaller.

Macroporous adsorption resin adsorption benzoic acid thermodynamics

10.16597/j.cnki.issn.1002-154x.2017.11.004

2017-07-11

劉蘭(1981～ )，女，主要從事化學工程與工藝實驗室教學工作，E-mail：383733546@qq.com