不同类型土壤对十六烷基三甲基溴化铵吸附的研究

/.装订线.山 东 农 业 大 学毕 业 论 文题目：不同类型土壤对十六烷基三甲基溴化铵吸附的研究学 院 资源与环境学院 专业班级 农业资源与环境专业 届 次 2010 学生姓名 常一星 学 号 20106943 指导教师 李成亮 职称 教授二 O 一四年六月十二日说 明一、指导教师评语根据学生实习及撰写论文情况进行评定：1、对待实习的态度及实习纪律的遵守情况；2、能否准确熟练地进行观察记载、搜集整理、查阅资料及运用数据的水平；3、能否准确熟练地进行各项操作，并运用所学知识解决实际问题；4、能否很好地完成任务书规定的工作量。二、评阅教师意见参照以下几方面进行评定：1、论文选题的实用性、分析的科学性和体系的完整性；2、获取资料是否丰富，处理资料是否科学、严谨；3、综合运用基础理论和专业知识的深度、归纳、概括及运算的能力；4、文字表达能力，文章的逻辑性。三、论文答辩成绩由答辩小组根据学生语言表达能力及回答问题的准确性进行评定。四、论文答辩成绩和论文综合评定成绩按优秀、良好、中等、及格和不及格五级计分。五、毕业论文的综合评定成绩按照毕业论文评分标准综合评定。六、论文由学生本人按照毕业论文（设计）规范用计算机排版、打印，一律使用统一封面。七、学生的论文文本（含任务书、图片等）由学院按学校规定存档。目 录摘要 .4关键词 .41 前言 .51.1 表面活性剂简介 .51.1.1 表面活性剂的分类 .51.1.2 表面活性剂的应用 .61.1.3 表面活性剂的发展 .81.1.4 十六烷基三甲基溴化铵简介 .81.2 吸附机理 .91.2.1 土壤吸附 .91.2.2 吸附等温曲线 .92 研究进展 .102.1 表面活性剂对环境的危害 .102.2 表面活性剂在碱性土壤的吸附研究 .102.3 表面活性剂对土壤物理特性的影响 .102.4 CTAB 在土壤中的吸附类型 .103 材料与方法 .113.1 实验材料 .113.1.1 分析仪器 .123.1.2 试剂及配制方法 .123.2 实验设计 .133.2.1 不同土样的基础数据测定 .133.2.2 相同土样不同浓度表面活性剂吸附曲线的测定 .143.2.3 两相滴定法测 CTAB 的浓度 .153.3 数据处理 .154 结果与分析 .154.1 CTAB 在不同土样吸附的等温曲线、吸附量分析 .154.2 CTAB 在不同土样吸附差异因素分析 .185 结论 .21参考文献 .21致 谢 .23ContentAbstract.4Keywords.41 Introduction .51.1 The surfactant.51.1.1 The classification of surfactant .51.1.2 The application of surfactant .61.1.3 The development of surfactant.81.1.4 The CTAB .81.2 Adsorption mechanism .91.2.1 Soil adsorption.91.2.2 Adsorption equilibrium .92 Research progress .102.1 The dangers of surfactant on the environment .102.2 The surfactant adsorption study in alkaline soil .102.3 The influence of surfactants on soil physical properties.102.4 The types of CTAB in the soil adsorption .103 Materials and methods.113.1 The experimental materials.113.1.1 Analysis instruments.123.1.2 Reagent and methods.123.2 Design of experiment.133.2.1 The basis data of different soil sample .133.2.2 The same soil samples of different concentrations of surfactant Adsorption equilibrium.143.2.3 Two-phase titration to measure the concentration of CTAB.153.3 The data processing.154 The results and analysis.154.1 Adsorption equilibriumof CTAB in different soil samples .154.2 The reasons of CTAB adsorption difference factor in different soil samples.185 Conclusion.21Reference.21Acknowledgments.23不同类型土壤对十六烷基三甲基溴化铵吸附的研究常一星 2010 级农业资源与环境李成亮 教授（山东农业大学资源与环境学院，土肥资源高效利用国家工程实验室，泰安 271018）摘要：通过平衡静态吸附，对 6 种不同土壤吸附能力的研究，为探究 CTAB 在土壤中的吸附机制。结果表明：当 CTAB 浓度较低时，吸附曲线呈线性，随着 CTAB 平衡浓度的增大，吸附曲线表现为非线性，并且吸附量有稍微降低的趋势。6 种不同土壤类型较好的满足 L 型吸附的等温曲线，吸附系数差别较大。其吸附能力大小顺序为：潮土水稻土棕壤2 号褐土红壤褐土。这主要是由土壤的有机质、机械组成、pH 值共同作用的结果，且正相关关系。关键词：表面活性剂 吸附 土壤 十六烷基三甲基溴化铵The surfactant adsorption on the different soilChang Yixing Li Chengliang ProfessorAbstract：In this paper, through static adsorption equilibrium, the study of six different soil adsorption ability, to explore the CTAB in the soil adsorption mechanism. The results show that when CTAB concentration is low, a linear adsorption curve, with the increase of concentration of CTAB balance, adsorption curve characterized by nonlinear, and the adsorption capacity has a tendency to a slightly lower. 6 kinds of different soil types better meet L adsorption isotherm curve, adsorption coefficient difference is bigger. The adsorption capacity size order is: the tide soil rice soil brown soil brown soil 2 red soil brown soil. This is mainly by soil organic matter, together with the mechanical composition, pH, and positive correlation.Key words： Surfactant Sorption Soil CTAB1 前言1.1 表面活性剂简介表面活性剂(surfactant) ，是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列。表面活性剂的分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为憎水基团；亲水基团常为极性基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，羟基、酰胺基、醚键等也可作为极性亲水基团；而憎水基团常为非极性烃链，如 8 个碳原子以上烃链;是一类易于富集于界面、并对界面性质及相关工艺过程产生影响的物质。随着现代工业的发展，表面活性剂为农业现代化提供了技术支持，如低毒高效农药、各种复合肥料和专用肥料以及现代化耕作机械，同时也使部分土地和水域遭受了比较严重的污染。如何利用表面活性剂促进农业生产，降低环境污染，修复被污染的土壤和水系，是近年来表面活性剂在农业技术领域研究的热点 1。1.1.1 表面活性剂的分类表面活性剂的分类方法很多，根据疏水基结构进行分类，分直链、支链、芳香链、含氟长链等；根据亲水基进行分类，分为羧酸盐、硫酸盐、季铵盐、PEO 衍生物、内酯等；有些研究者根据其分子构成的离子性分成离子型、非离子型等，还有根据其水溶性、化学结构特征、原料来源等各种分类方法。但是众多分类方法都有其局限性，很难将表面活性剂合适定位，并在概念内涵上不发生重叠。一般都认为按照它的化学结构来分比较合适。即当表面活性剂溶解于水后，根据是否生成离子及其电性，分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂。按极性基团的解离性质分类见表 12。 表 1 表面活性剂的分类Table 1 The classification of the surfactants类别 常见表面活性剂举例阴离子表面活性剂 硬脂酸，十二烷基苯磺酸钠阳离子表面活性剂 季铵化物两性离子表面活性剂 卵磷脂，氨基酸型，甜菜碱型非离子表面活性剂 脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦（司盘） ，聚山梨酯（吐温）1.1.2 表面活性剂的应用表面活性剂的应用可分为民用和工业应用。据资料显示：民用表面活性剂中有 2/3 用于个人保护用品；合成洗涤剂是表面活性剂消费最大的市场之一，产品包括洗衣粉、液体洗涤剂、餐具洗涤剂和各种家庭用清洗产品及个人保护用品如：洗发香波、护发素、发乳、发胶脂、润肤乳液、爽肤液和洗面奶等。工业用表面活性剂是民用表面活性剂以外用于各工业领域的表面活性剂总和，其应用领域包括纺织工业，金属工业，涂料、油漆、颜料工业，塑料树脂工业，食品工业，造纸工业，皮革工业，石油开采，建材工业，采矿业，能源工业等。以下就几个方面进行叙述。在化妆品中的应用：表面活性剂广泛用于各类化妆品中作乳化剂、渗透剂、洗涤剂、柔软剂、润湿剂、杀菌剂、分散剂、增溶剂、抗静电剂、染发剂等。非离子表面活性剂由于不刺激且和其他组分易相容，在化妆品中最常用，一般多为一些脂肪酸酯类和聚醚。化妆品配方的组成是多样的和复杂的，除油、水原料外，还有各种功能表面活性剂、防腐剂、香精和色素等，属多相分散体系。随着化妆品剂型和功能要求越来越多，化妆品中使用的表面活性剂品种也在增加。化妆品中使用的表面活性剂应对皮肤无刺激、无毒副作用，另外还要满足无色、无不愉快气味和稳定性高等要求。表面活性剂在洗涤剂中的应用：表面活性剂具有高效的清洁及消毒功能，早已成为保洁产品中最重要的组成部分。表面活性剂是洗涤剂的主要成分，它与污垢和在污垢与固体表面之间发生一系列的物理化学作用（如：润湿、渗透、乳化、增溶、分散、起泡等）并借助于机械搅拌获得洗涤效果。用量最多、最广泛的是阴离子和非离子表面活性剂，阳离子和两性表面活性剂只是在生产某些特殊类型和功能的洗涤剂时才使用。主要品种有 LAS（指连烷基苯磺酸脂盐） 、AES（脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐） 、MES（ - 磺酸脂肪酸脂盐） 、AOS（-烯基磺酸盐） 、烷基聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酰二乙醇胺、胺基酸型、甜菜碱型等。表面活性剂在食品工业的应用：食品乳化剂和增稠剂：表面活性剂在食品工业中最主要的作用是作乳化剂和增稠剂用。磷脂是最常用的乳化剂和稳定剂。除磷脂外，常用的乳化剂还有脂肪酸甘油酯 S 主要为单甘油脂 T、脂肪酸蔗糖酯、脂肪酸山梨糖醇酐酯、脂肪酸丙二醇酯、大豆磷脂、阿拉伯树胶、海藻酸、酪蛋白酸钠、明胶和蛋黄等。增稠剂则分天然和化学合成两类。天然增稠剂有从植物和海藻类制取的淀粉、阿拉伯树胶、瓜尔豆胶、角叉菜胶、果胶、琼脂和海藻酸等。还有从含蛋白质的动植物制取的明胶、酪蛋白和酪蛋白酸钠等。以及从微生物中制取的黄原胶等。合成增稠剂最为常用的有羧甲基纤维素钠、丙二醇酸藻蛋白酸酯、纤维素乙醇酸和聚丙烯酸钠、淀粉乙醇酸钠、淀粉磷酸钠、甲基纤维素和聚丙烯酸钠等。食品保鲜剂：鼠李糖酯具有一定的抗菌、抗病毒和抗支原体的性能，蔗糖酯也对微生物，尤其是对形成孢子的革兰氏阳性菌抑制作用较大。食品分散剂、起泡剂等。表面活性剂在食品制作中除作乳化剂、增稠剂外，还可以起分散剂、润湿剂、起泡剂、消泡剂、结晶控制剂、杀菌以及延长食品保鲜期的作用等。例如全脂奶粉造粒时添加 0.2-0.3%的大豆磷脂，可改进其亲水性和分散性，冲调时能迅速溶解而不结团。在制作糕点和冰淇淋时，添加甘油脂肪酸、蔗糖脂可起发泡作用，有利于大量气泡的产生，而在炼乳和豆制品制作中，添加甘油脂肪酸脂有消泡作用。在色素、香味成分、生物活性成分以及发酵产品的应用：提取分离中的应用近年来，表面活性剂在食品中的天然成分如色素、香味成分、生物活性成分以及发酵产品的提取分离中的也有广泛的应用。表面活性剂在医药领域的应用：表面活性剂具有润湿、乳化、增溶等作用，因而被广泛的用作药物制剂辅料，尤其是在近年来发展起来的药学微乳技术中有着越来越广泛的应用。在药物合成中，表面活性剂可用作相转移催化剂，能改变离子的溶剂化程度，进而增大离子的反应活性，使反应在非均相体系中进行，反应效率得到极大的提高药物分析中尤其是药物荧光光谱分析法中表面活性剂常作为增溶增敏剂得到应用。在医药行业的手术前皮肤消毒、伤口或粘膜消毒、器械消毒和环境消毒等方面，由于表面活性剂可与细菌生物膜蛋白质强烈相互作用，使之变性或失去功能，而作为杀菌剂和消毒剂被广泛使用。最后要说明的是，表面活性剂起作用，并不单单是因为某一方面的作用，很多情况下是多种因素共同作用。如在造纸工业中可以用作蒸煮剂、废纸脱墨剂、施胶剂、树脂障碍控制剂、消泡剂、柔软剂、抗静电剂、阻垢剂、软化剂、除油剂、杀菌灭藻剂、缓蚀剂等 3。1.1.3 表面活性剂的发展肥皂作为古老的洗涤剂，在人们的卫生保健方面一直起着重要的作用。20 世纪 50 年代以来，合成表面活性剂在洗涤剂工业中迅速崛起，目前已形成其市场遍及全世界、产值在 10 亿美元以上的产业。近年来，我国化学合成表面活性剂工业发展迅速，表面活性剂的产量逐年增加。1985 年我国合成表面活性剂产量为 100.4 万 t，1990 年为 151.4 万t，居世界第 2 为，2000 年为 382.8 万 t，2005 年达 460 万 t。随着应用范围的不断拓展，其消耗量也日趋增大。据统计，从 1950 年到 1990 年，全球表面活性剂的年用量从 3500t迅速增到了 4.3106t，而到了 2000 年，表面活性剂（不包括肥皂）的世界使用量超过1000 万吨，预计到 2050 年其年用量将达到 1.8107 t4。毫无疑问，表面活性剂应用领域的拓展以及消耗量的日趋增加，给环境带来的危害会越来越严重。表面活性剂的发展方向将表现在以下方面：回归天然；代替有害化学品；室温下洗涤使用；不用助剂可在硬水中使用；能有效处理废液废水、粉尘等的环保型表面活性剂；能有效提高矿物、燃料、生产利用率的表面活性剂；多功能表面活性剂；以生物工程为基础，利用工业或城市废弃物制备的表面活性剂；用复配技术产生协合效应的高效表面活性剂。因此，在倡导环境保护和可持续发展的今天 5，研究土壤对表面活性剂的吸附机制很有意义。1.1.4 十六烷基三甲基溴化铵简介十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)是一种常用的表面活性剂，呈白色或浅黄色结晶体至粉末状，有刺激气味，易溶于异丙醇,可溶于水,震荡时产生大量泡沫，能与阳离子、非离子、两性表面活性剂有良好的配位性。具有优良的渗透、柔化、乳化、抗静电、生物降解性及杀菌等性能,化学稳定性好，耐热、耐光、耐压、耐强酸强碱。CTAB 为天然、合成橡胶、硅油和沥青乳化剂；合成纤维、天然纤维和玻璃纤维的抗静电剂、柔软剂；护发素的调理剂；相转移催化剂；乳液起泡剂、表面活性剂，分析试剂，涤纶真丝化剂，皮革加脂剂，它还用于助焊剂、焊锡膏生产里起表面活性剂作用，活性强，对亮点、虚焊、焊电饱满都有一定作用。HLB 值 15.8,属于阳离子表面活性剂 ，溶于热水、乙醇、三氯甲烷，易溶于异丙醇水溶液,微溶于丙酮,不溶于醚。有良好的表面活性、稳定性、杀菌性及生物降解性。在强酸及强碱中穏定。耐热、耐光。与非离子及两性离子表面活性剂有良好的配位性，对多种油脂具较好的乳化作用.对皮肤及粘膜刺激性小，有轻微脱脂作用，是一种阳离子去污剂，广泛用于润湿、杀菌、抗静电、去污、增溶等方面。可用作纤维高效抗静电剂。工业及油田水处理中用作杀菌灭藻剂、粘泥剥离剂。牙膏中用作口腔杀菌剂。用于香波及护发素,可使头发易于梳理、光滑、柔软。还用作矿物浮选剂、电镀液缓蚀剂、沥青乳化剂、硬表面清洗剂及有机合成相转移催化剂等。还具有从低离子强度的溶液中沉淀核酸和酸性多聚糖的特性，在这种条件下，蛋白质和中性多聚糖仍留在溶液里，在高离子强度的溶液里，CTAB 与蛋白质和大多数酸性多聚糖以外的多聚糖形成复合物，只是不能沉淀核酸。因此，CTAB 可以用于从大量产生粘多糖的有机体如植物以及某些革兰氏阴性菌（包括 E. coli 的某些株）中制备纯化 DNA 。其检测方法有：两相滴定法、分光光度法、液相色谱法、电化学法 6。1.2 吸附机理当气相或液相中的粒子（分子、原子或离子）碰撞在固体表面时，由于它们之间的