稻殼粉吸附有機化合物能力研究

鄧 云 陳建國徐衛東

（1寧波出入境檢驗檢疫局浙江寧波3150122浙江余姚東海橡膠廠浙江余姚315400）

稻殼粉吸附有機化合物能力研究

鄧 云1陳建國1徐衛東2

（1寧波出入境檢驗檢疫局浙江寧波3150122浙江余姚東海橡膠廠浙江余姚315400）

為研究稻殼粉的對有機化合物吸附能力，以蒽和雙酚A為代表，從時間、溫度、溶劑三個方面研究了稻殼粉吸附率的變化.通過紅外光譜分析吸附前后稻殼粉表面分子基團的變化.研究表明,稻殼粉對蒽、雙酚A具有快速穩定的吸附能力,用于木塑復合材料時能夠提高其環保性能。

稻殼粉；雙酚；A蒽；吸附

我國是水稻生產大國，年總產量約2×108t，每年產生的稻殼粉將近4000×104t。摻雜稻殼粉的復合材料不僅有高分子材料原有的加工和機械物理性能，而且具有天然木質感和類似于木材的加工性能。大量的報道都是集中在稻殼粉復合材料的加工制備及性能表征上。稻殼粉具有一定韌性、多孔，自身屬纖維性材料，外表面覆蓋有長鏈羥基羧酸聚合物和二氧化硅膜，具有非極性的表層結構。這種結構具有較強的吸附性。而高分子聚合物在生產加工中的單體殘留和助劑引入，相當一部分屬于對環境和人體有害的有毒有害物質。目前，世界各國普遍強調健康、環保、衛生，開展稻殼粉吸附研究對于科學開發評估稻殼粉復合材料，提升其使用價值和市場認可度，十分必要。

本研究以蒽和雙酚A（2,2-雙(4-羥基苯基)丙烷）為研究對象，前者是一種比較常見的多環芳香烴，廣泛存在于油脂、橡膠和塑料的加工生產中；后者作為合成單體，大量殘留于聚碳酸酯和環氧樹脂中。向溶液中加入處理過的稻殼粉，通過測得加入前后兩種物質的濃度變化，研究不同條件下稻殼粉對這兩種代表性物質的吸附能力。

1 材料和儀器

1.1 材料

1.1.1 稻殼粉原料為當年生產。實驗用稻殼粉經過風揚，去除剩余碎米粒后，通過三次水洗沉降分離，烘干。經過離心研磨，制得粒徑小于1mm的樣品，放入密封袋備用。

1.1.2 蒽標準品（CasNo：120-12-7,純度99%）；雙酚A標準品（CasNo：80-05-7，純度98%）；實驗用溶劑乙酸乙酯、甲苯均為色譜純。

1.2 儀器

氣相色譜質譜聯用儀（安捷倫5975A）；傅立葉紅外光譜儀(尼高力is5k)；塞多利斯24S分析天平。

2 方法

2.1 吸附試驗

取3g稻殼粉于50mL錐形瓶中，加入濃度為7mg/L的蒽和雙酚A的混合吸附液10mL，分別置于不同的溫度下密閉靜置。隨時間變化分別取上層清液（取0.2mL定容到1.5mL）上機測試。通過濃度計算吸附率，吸附率R按以下公式：

式中：C0為吸附液起始濃度；Ca為吸附后濃度

2.2 吸附條件的選擇

影響稻殼粉吸附能力的三個因素為溫度、時間、溶劑（甲苯、乙酸乙酯）。試驗通過確定兩個提取條件，改變另一個條件的方式，分別考察三者對稻殼粉的吸附性能影響。

3 結果與影響

3.1 稻殼粉吸附的動力曲線

圖1 稻殼粉吸附動力曲線（甲苯溶液，-18℃）

為降低溶劑揮發影響，同時減緩吸附過程，試驗選擇在-18℃的溫度下考察稻殼粉對蒽和雙酚A的吸附動力學。由圖1可知，甲苯溶液中稻殼粉對蒽和雙酚A的吸附速率都很高，在0.5h，蒽吸附率達到31.18%,雙酚A達到27.90%。隨著吸附時間增加，稻殼粉對蒽吸附在9h左右，吸附率達到45.50%，此后增速趨緩，在24h達到45.5%。稻殼粉對雙酚A的吸附率與吸附時間成正相關，在24h達到37.0%。由此可見，稻殼粉對兩種有機化合物具有快速的吸附能力，吸附時間越長，稻殼粉的吸附效果越好。稻殼粉表層為長鏈羥基羧酸聚合物和二氧化硅膜，在空氣常溫環境下穩定存在。

3.2 溫度對稻殼粉吸附率的影響

圖2 稻殼粉吸附隨溫度變化曲線（甲苯溶液，2h）

溫度的本質是分子無規則運動劇烈程度，隨著溫度升高，分子之間的吸附與解吸附頻率都會增加，決定吸附與溫度的相關性。因此，溫度影響是說明吸附劑對某種物質吸附能力的重要方面，也是研究吸附劑用途時必須考慮的方面。由圖2可知，甲苯溶液中吸附時間2h，-18℃～50℃溫度范圍內稻殼粉對兩種物質的吸附率位于28%～35%區間范圍內，總體變化不大。隨著溫度升高，稻殼粉對雙酚A的吸附率逐漸變大，但增長速率逐步變緩，在30℃后幾無變化。相比而言，稻殼粉對蒽的吸附率則隨著溫度升高逐漸變小。低溫時，蒽因為其熔點高，更容易在稻殼粉表面形成吸附。隨著溫度升高，蒽的溶解性明顯增大，從稻殼粉表面解析進入甲苯中，導致吸附率隨溫度升高呈負相關性。故溫度升高，雙酚A接觸稻殼粉頻率增加，因而，吸附作用也就更明顯。

3.3 溶劑對稻殼粉吸附率的影響

圖3 兩種溶劑中稻殼粉吸附蒽曲線（40℃）

稻殼粉應用于木塑復合材料時，將面臨不同的聚合物基體。每種基體極性不同，影響稻殼粉加入后，有機小分子在兩者之間的吸附。由圖3可以看出，在40℃溫度下，稻殼粉對蒽的吸附率在甲苯溶液中明顯比在乙酸乙酯中高。物質之間的吸附能力與分子之間的鍵合能力有關。稻殼粉表面結構復雜，分子中既含有極性的羥基、硅氧鍵，也含有非極性的碳-氫、碳-碳鍵，對極性和非極性化合物分子都有較好的吸附性能。蒽是結構對稱的三環縮合芳烴，分子中富含給電子π鍵，屬非極性化合物。它與稻殼粉、溶劑分子間的吸附屬于分子間范德華力作用，甲苯溶液中，蒽分子溶解性好，分子之間距離遠，因而蒽分子內部相互作用幾率減少，分子集聚效應減弱。與稻殼粉表面分子的吸附幾率增加。由此可見，木塑符合材料中稻殼粉對目標化合物的吸附效果差異直接受影響于聚合物基材的極性。骨鏈中含有硅氧、碳氧鍵的聚合物極性一般高于單純的碳碳鍵。

3.4 吸附前后稻殼粉表面狀態變化

稻殼粉表面吸附發生后，分子結構必然發生變化。在官能團區，波數不同，醇酚結構中O-H鍵的伸縮振動特征峰；飽和烷基中C-H鍵的伸縮振動所致;酮羰基(C=O)鍵伸縮振動所致。在溶液中吸附蒽和雙酚A后，強度明顯減弱，說明稻殼粉表面的C-H鍵與C=O鍵在吸附中發揮了作用。前者可能與雙酚A中的活性羥基形成C-H-O結構有關，后者可能是C=O鍵與富電子結構的蒽形成C-O-H結構有關。相比與范德華力，這兩種鍵的結合力更強，可以說明稻殼粉的吸附能力牢固穩定。

4 結語

稻殼粉對蒽和雙酚A的吸附隨時間增長逐步增大至穩定，-18℃下前0.5h之內平均吸附速率分別為1.04%/min（蒽）、0.93% /min（雙酚A），24h時吸附率可分別達到45.5%和37.0%。恒溫吸附時間越長，稻殼粉的吸附效果越好。-18℃～50℃溫度范圍內稻殼粉對兩種物質的吸附率位于28%～35%區間范圍內，吸附穩定。稻殼粉的吸附受目標物在溶劑中的溶解性影響,溶解性越好，吸附效果越好。紅外光譜分析表明吸附過程發現稻殼粉表面的C-H鍵與C=O鍵在吸附中發揮了作用。說明稻殼粉的吸附能力是牢固穩定的。該結論對于稻殼粉用于木塑復合材料具有重要的參考意義。

[1]歐陽東.稻殼更有價值的出路一制備混凝土頂級摻合料.糧食與飼料工業,2003.(3):43-4 5.