葫蘆脲對活性染料K-GN及X-GR吸附脫色的研究

盧惠娟，李子蘭，楊 舜

葫蘆脲對活性染料K-GN及X-GR吸附脫色的研究

盧惠娟，李子蘭，楊 舜

（武漢紡織大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，湖北 武漢 430073）

以葫蘆[6、8]脲為吸附劑，研究了其對染料活性橙K-GN和X-GR溶液的吸附行為，并對所形成的復(fù)合物進(jìn)行了紅外光譜表征。結(jié)果表明葫蘆[8]脲吸附性能明顯優(yōu)于葫蘆[6]脲，在染料濃度為50mg/L、葫蘆[8]脲濃度為250mg/L時(shí)，脫色率可以達(dá)到98%以上。染料濃度增加，吸附量和脫色率均下降。吸附所形成的復(fù)合物十分穩(wěn)定，在甲醇、乙酸乙酯、丙酮、N,N-二甲基酰胺等有機(jī)溶劑中均不能解析分離，紅外光譜分析顯示葫蘆脲與染料可能形成了部分包合的復(fù)合物。

葫蘆脲；染料；吸附；脫色；復(fù)合物

印染行業(yè)每年有大量的廢水排入各類水體，對生態(tài)環(huán)境造成污染，開發(fā)高效經(jīng)濟(jì)的吸附劑是染料廢水處理的主要研究方向[1-3]。葫蘆脲（CB）是一類新型環(huán)狀分子[4]，其疏水性空腔可以包合特定結(jié)構(gòu)或大小尺寸匹配的有機(jī)分子。具有芳環(huán)或偶氮結(jié)構(gòu)的染料分子能與葫蘆脲以多種弱相互作用力結(jié)合形成穩(wěn)定的復(fù)合物，故葫蘆脲可用于印染廢水脫色，但相關(guān)的研究報(bào)道并不多見。Karcher[5-7]等研究了廢水中鹽的類型、濃度、pH值對葫蘆[6]脲（CB[6]）吸附性能的影響及吸附劑的再生。而將葫蘆[8]脲（CB[8]）應(yīng)用于染料廢水吸附脫色的研究尚未見報(bào)道。本文以活性染料K-GN和X-GR模擬染料廢水，研究了CB[6,8]對兩種染料的吸附脫色行為，并用紅外光譜表征了吸附形成的復(fù)合物，為葫蘆脲在印染廢水處理領(lǐng)域的深入應(yīng)用提供有價(jià)值的信息。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

試劑：活性橙K-GN，活性橙X-GR，甲醇，乙酸乙酯，丙酮，N,N-二甲基甲酰胺，葫蘆脲

儀器：高速離心機(jī)，恒溫磁力加熱攪拌器，傅立葉紅外儀，雙光束紫外-可見光光度計(jì)。

1.2 CB[6,8]對活性橙K-GN及X-GR吸附性能的研究

取100mL一定濃度的染料溶液，加入準(zhǔn)確稱取的葫蘆脲，充分混合，超聲15min，高速離心，取上層清液，用可見分光光度計(jì)在染料的最大吸收波長處測其吸光度，采用(1)式和(2)式計(jì)算脫色率和吸附量

式中:為脫色率,為染料吸附量(mg·g-1)，ρ為吸附前染料質(zhì)量濃度(mg·L- 1)，ρ為吸附后(平衡)染料質(zhì)量濃度(mg·L-1)，V 為染料溶液體積(L)，m為吸附劑葫蘆脲的質(zhì)量(g) 。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸附劑投加量的影響

表1 CB濃度對活性橙X-GR(濃度為50mg/L)吸附性能的影響

從脫色率和吸附量來看，CB[8]對活性橙X-GR的吸附能力明顯強(qiáng)于CB[6]，CB[8]的用量為175mg/L時(shí)，染料的脫色率達(dá)到96.55%，而同樣用量的CB[6]脫色率只有32.41%，CB[8]明顯更強(qiáng)的吸附能力可能是由其較大的空腔及更小的溶解度造成的。

表2 CB[8]和染料濃度對活性橙X-GR吸附性能的影響

通過表1、表2可以看出，染料濃度對吸附效率有較大影響，濃度越稀，脫色率越高，當(dāng)染料濃度為50mg/L、CB[8]用量為350mg/L時(shí)，脫色率可達(dá)到98.55%，而染料濃度為100mg/L和150mg/L時(shí)，相同用量的CB[8]脫色率僅為86.41%和51.99%，濃度越大，脫色率降低越明顯。

表3 葫蘆脲濃度對活性橙K-GN（50mg/L）吸附性能的影響

表3為CB用量對活性橙K-GN吸附量的影響，從表3中可看出，隨著吸附劑用量的增大，脫色率均升高，對CB[8]而言，用量為250mg/L時(shí)，脫色率已達(dá)98.34%，此后，增加吸附劑用量，脫色率僅略有升高，而對于CB[6]，用量為400mg/L時(shí)，對K-GN的脫色率也只達(dá)到47.71%，即CB[8]對K-GN的吸附效率明顯優(yōu)于CB[6]，這與對活性橙X-GR表現(xiàn)出的吸附能力一致。

表4顯示了CB[8]用量及染料濃度對脫色率的影響。從表4中可看出，隨著染料濃度的增大，脫色率明顯下降。當(dāng)CB[8]的用量為400mg/L、染料濃度為50mg/L時(shí)脫色率可達(dá)99.38%，染料濃度增至100mg/L時(shí)，脫色率降為97.99%，當(dāng)染料濃度增加到150mg/L時(shí)，脫色率顯著降至58.95%，說明染料濃度對脫色率影響很大，這可能是因?yàn)槿芤狠^稀時(shí)，染料分子相互影響較小，在固液界面更易與吸附劑充分結(jié)合；此外，吸附時(shí)間短，在染料濃度較大時(shí)，不易達(dá)到吸附平衡，也可能造成脫色率和吸附量下降。

表4 CB[8]用量和染料濃度對活性橙K-GN吸附性能的影響

圖1為染料K-GN和X-GR濃度均為50mg/L時(shí)，脫色率隨CB[8]用量的變化，可以看出，CB[8]對K-GN的吸附能力略強(qiáng)于X-GR。

圖1 CB[8]對K-GN和X-GR的吸附

2.2 復(fù)合物在不同溶劑中的解吸附

本文選用甲醇、乙酸乙酯、丙酮以及N,N-二甲基酰胺（DMF）等幾種能較好溶解染料的有機(jī)溶劑對吸附有染料的葫蘆脲進(jìn)行解吸附：取10mg葫蘆脲與染料所形成的紅色固體粉末，加入50ml溶劑，搖勻，靜置，出現(xiàn)明顯分層現(xiàn)象，固體粉末全部沉降到底部。繼續(xù)放置較長時(shí)間，上層溶劑仍為無色透明，底層固體依然為紅色粉末，可見，盡管上述溶劑對染料本身有較好的溶解性，但被葫蘆脲吸附后，染料分子被緊密地束縛在葫蘆脲固體上，不再溶解而回到溶劑中，因此可以認(rèn)為，葫蘆脲對染料的吸附不是簡單的物理吸附，所形成的復(fù)合物非常穩(wěn)定，考慮到葫蘆脲疏水性空腔極易包合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，初步推斷可能是染料分子的某一環(huán)狀部分進(jìn)入了葫蘆脲空腔，形成了部分包合的復(fù)合物，尚有待進(jìn)一步研究。

2.3 復(fù)合物的紅外譜圖分析

活性橙K-GN以及X-GR的分子結(jié)構(gòu)分別如下所示：

圖2中，1650~1550cm-1為仲胺δN-H吸收峰，與CB[8]作用后減小，而與CB [6]作用后無明顯變化，1220cm-1~1040cm-1為R-SO3-的特征吸收峰，與兩種葫蘆脲作用后均消失，似可認(rèn)為磺酸基被葫蘆脲空腔包合，考慮到CB[6]的空腔尺寸，可能的結(jié)合模式是CB[6]包合了K-GN分子中與偶氮基團(tuán)相連的苯環(huán)，而CB[8]較大的空腔則可能包合了分子中與偶氮相連的苯環(huán)和萘環(huán)，與萘環(huán)相連的仲胺處于CB[8]空腔的邊緣，故與CB[8]作用后δNH吸收峰減小。

圖2 活性橙K-GN及其與葫蘆脲形成的復(fù)合物的紅外光譜圖

圖3 活性橙X-GR及其與葫蘆脲形成的復(fù)合物的紅外譜圖

活性橙X-GR與K-GN結(jié)構(gòu)相似，故與葫蘆脲形成的復(fù)合物的紅外圖譜中（見圖3）可以見到類似的結(jié)果，同樣明顯的是1220cm-1~1040cm-1處R-SO3-的特征吸收峰消失，故可認(rèn)為活性橙X-GR與葫蘆脲也形成了類似的部分包合物。

3 結(jié)論

CB[6,8]對活性橙K-GN和X-GR均有較強(qiáng)吸附能力，且CB[8]吸附能力明顯強(qiáng)于CB[6],在染料濃度為50mg/L、CB[8]濃度為250mg/L左右時(shí)，脫色率可以達(dá)到98%以上。染料濃度增大，吸附量及脫色率降低。紅外圖譜顯示主客體之間形成了部分包合的復(fù)合物。

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Study on Adsorption and Decolorization of Active Dye K-GN and X-GR by Cucurbituril

LU Hui-juan, LI Zi-lan, YANG Shun

（School of Chemistry and Chemical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China）

This paper investigated adsorption behavior of active dye K-GN and X-GR using cucurbit[6,8]uril as adsorbent. The complex formed was characterized by IR spectrum. It was found out that the adsorption ability of cucurbit[8]uril is obviously higher than that of cucurbit[6]uril. The decolorization rate can reach above 98% at dye concentration of 50mg/L and cucurbit[8]uril concentration of 250mg/L. The adsorption capacity and decolorization rate both decrease when the dye concentration increases. The complex formed by adsorption is very stable, and it can not desorption in organic solvent such as methanol, acetic ethyl, acetylacetone and N,N-two dimethyl formamide. The IR spectrum indicated that cucurbituril and dyes probably formed partly included complex.

Cucuribturil; Dye; Adsorption; Decolorization; Complex

盧惠娟（1978-），女，講師，博士，研究方向：葫蘆脲超分子化學(xué).

O629.9

A

2095－414X(2014)03－0046－04