十二烷基硫酸鈉膠束體系中硝基苯的增溶量與增溶位置

范 永,王新秀,查一鳴,張 倩,王田霖

(上海大學(xué)理學(xué)院,上海 200444)

十二烷基硫酸鈉膠束體系中硝基苯的增溶量與增溶位置

范 永,王新秀,查一鳴,張 倩,王田霖

(上海大學(xué)理學(xué)院,上海 200444)

研究了十二烷基硫酸鈉(sodium dedocyl sulfate,SDS)膠束體系對硝基苯的增溶作用,考察了SDS濃度和SDS溶液中的NaCl質(zhì)量濃度對硝基苯增溶作用的影響,采用核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)技術(shù)確定了硝基苯在SDS膠束中的增溶位置.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,硝基苯的增溶量既隨SDS濃度的增加而增加,也隨SDS溶液中NaCl質(zhì)量濃度的增加而增加.硝基苯在SDS膠束中的增溶位置靠近SDS的疏水內(nèi)核.

硝基苯;十二烷基硫酸鈉;膠束;增溶作用;增溶位置

硝基苯是重要的有機(jī)合成原料和溶劑,主要用于染料、香料、藥物、農(nóng)藥和炸藥等的工業(yè)生產(chǎn)[1-2].硝基苯因其毒性高、難降解的特性已成為環(huán)境水體的重要有機(jī)污染物,被美國國家環(huán)保局列為“優(yōu)先控制污染物”之一,同時(shí)也被我國列入了環(huán)境優(yōu)先控制污染物“黑名單”[1-5].硝基苯的去除和降解是污染水體修復(fù)的重要研究課題[6-8].近年來,在諸多新興的有機(jī)物污染水體修復(fù)技術(shù)中,基于表面活性劑的修復(fù)技術(shù)因具有耗時(shí)少、成本低的優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注[9-10].本工作研究了十二烷基硫酸鈉(sodium dedocyl sulfate,SDS)膠束體系對硝基苯的增溶作用,考察了SDS濃度和NaCl質(zhì)量濃度對硝基苯增溶作用的影響,采用核磁共振(nuclear magneticresonance,NMR)技術(shù)確定了硝基苯在SDS膠束中的增溶位置.這些結(jié)果為進(jìn)一步開展基于表面活性劑的硝基苯污染水體的修復(fù)技術(shù)研究提供了參考數(shù)據(jù).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

超聲儀,上海比朗儀器有限公司;AVANCE/AV 500 MHz型核磁共振波譜儀,德國布魯克公司.SDS(分析純),阿拉丁試劑(上海)有限公司;NaCl(化學(xué)純),上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;硝基苯(分析純),上海強(qiáng)順化工有限公司;重水(重氫含量為99.8%),上海百靈威科技有限公司.本實(shí)驗(yàn)用水均為二次蒸餾水.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

(1)增溶位置的確定.配制一定濃度的SDS重水溶液,分別加入不同濃度的硝基苯,直至體系達(dá)到飽和增溶量.充分超聲使體系達(dá)到平衡,測定每個(gè)樣品在室溫(25?C)下的1HNMR譜圖,并對個(gè)別樣品測定了二維增強(qiáng)譜(nuclear overhauser enhancement spectroscopy, NOESY),用于研究硝基苯在SDS膠束中的增溶位置.

(2)增溶量的測定.于15 mL試管中分別加入一定濃度的SDS水溶液10 mL,再分別加入一定濃度的硝基苯,進(jìn)行超聲震蕩.若溶液澄清則繼續(xù)加入硝基苯,直至超聲震蕩使溶液呈現(xiàn)渾濁為止,此時(shí)即為增溶終點(diǎn).實(shí)驗(yàn)溫度為室溫(25?C).

圖1 不含硝基苯和含有0.02 mol/L硝基苯的SDS在重水中的1H-NMR譜圖Fig.11H-NMR spectra of 0.04 mol/L SDS in D2O and 0.04 mol/L SDS in D2O containing 0.02 mol/L nitrobenzene

2 結(jié)果與討論

2.1 硝基苯在SDS膠束中的增溶位置

本工作使用NMR技術(shù)研究了硝基苯在SDS膠束中的增溶位置.分別測定不含硝基苯和含有不同濃度硝基苯的SDS的1H-NMR譜圖(溶劑為D2O),部分結(jié)果如圖1所示(其中SDS濃度為0.04 mol/L).設(shè)不含硝基苯的SDS各基團(tuán)質(zhì)子的化學(xué)位移為δ0,含有不同濃度硝基苯的SDS各基團(tuán)質(zhì)子的化學(xué)位移為δ,則化學(xué)位移的變化量Δδ=δ0-δ.圖2為硝基苯濃度對Δδ的影響.可見,硝基苯在SDS膠束中的增溶使得SDS各基團(tuán)的化學(xué)位移均下降.這是由于基團(tuán)質(zhì)子受到了苯環(huán)的影響,化學(xué)位移發(fā)生了變化,其中基團(tuán)峰b的化學(xué)位移下降幅度最大,基團(tuán)峰d的下降幅度最小.這說明硝基苯在膠束中的增溶位置靠近膠束的疏水內(nèi)核.運(yùn)用NOESY譜,進(jìn)一步確定了增溶位置,結(jié)果如圖3所示.可以清楚地看到,苯環(huán)上的H和SDS的基團(tuán)b上的質(zhì)子具有相關(guān)性,說明二者在空間上相互靠近.

圖2 增溶的硝基苯對SDS各基團(tuán)質(zhì)子的Δδ的影響Fig.2 In fl uence of solubilization of nitrobenzene on the Δδ values of di ff erent protons of SDS

圖3 含有0.02 mol/L硝基苯的0.04 mol/L SDS在重水溶液中的NOESY譜圖Fig.3 NOESY spectra of 0.04 mol/L SDS in D2O containing 0.02 mol/L nitrobenzene

2.2 SDS濃度對硝基苯增溶量的影響

本研究分別測定了不同SDS濃度下硝基苯的增溶量.以硝基苯增溶量S為縱坐標(biāo), SDS濃度CS為橫坐標(biāo)作圖,得到增溶曲線(見圖4).

由圖4可見,隨著SDS濃度的增加,硝基苯在SDS膠束中的增溶量也增大.這一方面是由于隨著SDS濃度增大,使得膠束聚集數(shù)和膠束數(shù)目也增加,從而使增溶能力增強(qiáng)[11];另一方面是因?yàn)榉菢O性分子一般增溶于膠束疏水內(nèi)核中[12-13],其增溶量與膠束內(nèi)核的大小及增溶物本身的分子大小有很大的關(guān)系.疏水內(nèi)核越大,非極性分子體積越小,則增溶量就越大.因此隨著SDS濃度的增大,硝基苯在SDS膠束中的增溶量也增大.

圖4 硝基苯在不同濃度SDS溶液中的增溶量Fig.4 Solubilization amount of nitrobenzene in di ff erent concentration of SDS solutions

2.3 NaCl質(zhì)量濃度對硝基苯增溶量的影響

不同水體所含的鹽分不同,對增溶量也會產(chǎn)生不同影響,因此本研究考察了NaCl質(zhì)量濃度對硝基苯在SDS膠束中的增溶量的影響.在0.08 mol/L SDS水溶液中加入一定質(zhì)量濃度的NaCl水溶液,分別測定了添加不同質(zhì)量濃度NaCl時(shí),SDS對硝基苯的增溶量.以增溶量S為縱坐標(biāo),NaCl的質(zhì)量濃度CN為橫坐標(biāo)作圖,得到增溶曲線(見圖5).

由圖5可見,隨著NaCl質(zhì)量濃度的增加,硝基苯在SDS膠束中的增溶量也逐漸增大.這一方面是因?yàn)镹aCl質(zhì)量濃度的增大使得SDS的臨界膠束濃度(CMC)減小[14-16],CMC越小,用于形成膠束的SDS分子數(shù)目相對就越多,增溶硝基苯的能力就越強(qiáng);另一方面是NaCl質(zhì)量濃度的增大還會使SDS膠束的聚集數(shù)增大[17-18],使得增溶硝基苯的能力也有所增強(qiáng).

圖5 不同NaCl質(zhì)量濃度下,硝基苯在0.08 mol/L SDS膠束溶液中的增溶量Fig.5 Solubilization amount of nitrobenzene in 0.08 mol/L SDS solution containing di ff erent concentration of NaCl

3 結(jié)束語

綜上所述,隨著SDS濃度的增加和SDS溶液中所含NaCl質(zhì)量濃度的增加,SDS的膠束聚集數(shù)和膠束數(shù)目也增大,從而使得硝基苯在SDS膠束體系中的增溶量也增大.NMR的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,硝基苯在SDS膠束中的增溶位置靠近疏水內(nèi)核.

致謝 感謝上海大學(xué)分析測試中心的鄧紅梅博士在NMR測試過程中所提供的技術(shù)幫助.

[1]錢易.水體顆粒物和難降解有機(jī)物的特性與控制技術(shù)原理[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2000.

[2]ZHANG Q F,JU Y M,MA L,et al.Application of Pd/C catalyst to degradation and utilization of nitrobenzene in water[J].Adv Mater Res,2011,287(6):1691-1695.

[3]IARC.The evaluation of carcinogenic risks to humans[J].IARC Monographs,1996,65:380-408.

[4]龍素群,鐘志京,林濤,等.對水中硝基苯類固相萃取效率的研究[J].環(huán)境化學(xué),2009,28(5): 764-765.

[5]EPA.Status of data for nitrobenzene[EB/OL].[2014-02-15].http://www.epa.gov/iris/subst/ 0079.htm.

[6]MENG Q L,REN Q,WANG X S,et al.Research on remediation of nitrobenzene contaminated ground-water with combination materials of permeable reactive barrier[J].Acta Sci Natur Univ Pek,2010,46(3):413-416.

[7]BRILLAS E,BANOS M A,CAMpS S,et al.Catalytic e ff ect of Fe2+,Cu2+and UVA light on the electrochemical degradation of nitrobenzene using an oxygen-di ff usion cathode[J].New J Chem, 2004,28:314-322.

[8]楊海洋,李軼,胡洪營,等.惡臭假單胞菌對硝基苯污染河水的修復(fù)研究[J].安全與環(huán)境工程,2008, 15(1):54-61.

[9]PARIA S.Surfactant-enhanced remediation of organic contaminated soil and water[J].Adv Colloid Interfac,2008,138(1):24-58.

[10]KUMAR Y,BRAHMBHATT H,TRIVEdI G S,et al.Surfactant enhanced fi ltration performances of mono-chlorophenol isomers through low-pressure membrane[J].Membr Water Treat,2011, 2(3):137-145.

[11]ROSEN M J.Surfactants and interface phenomena[M].New York:John Wiley&Sons,1978.

[12]趙國璽.表面活性劑物理化學(xué)[M].北京:北京大學(xué)出版社,1984:408.

[13]HOLMBERG K.Handbook of applied surface and colloid chemistry[M].Chichester:Wiley,2002.

[14]SHINOdA K.Colloidal surfactants:some physicochemical properties[M].New York:Academic Press,1963.

[15]KLEVENS H B.E ff ect of electrolytes upon the solubilization of hydrocarbons and polar compounds[J].J Am Chem Soc,1950,72(8):3780-3785.

[16]TEHRANI-BAGHA A R,SINGH R G,HOLMBERG K.Solubilization of two organic dyes by anionic, cationic and nonionic surfactants[J].Colloids and Surfaces A:Physicochem Eng Aspects,2013, 417(20):133-139.

[17]TURRO N J,YEKTA A.Luminescent probes for detergent solutions a simple procedure for determination of the mean aggregation number of micelles[J].J Am Chem Soc,1978,100(18): 5951-5952.

[18]UMLONG I M,ISMAIL K.Micellization behaviour of sodium dodecyl sulfate in di ff erent electrolyte media[J].Colloids and Surfaces A:Physicochem Eng Aspects,2007,299(1/2/3):8-14.

本文彩色版可登陸本刊網(wǎng)站查詢:http://www.journal.shu.edu.cn

Solubilization amount and solubilization site of nitrobenzene in the micelle system of sodium dedocyl sulfate

FAN Yong,WANG Xin-xiu,ZHA Yi-ming,ZHANG Qian,WANG Tian-lin
(College of Sciences,Shanghai University,Shanghai 200444,China)

Solubilization of nitrobenzene in the sodium dedocyl sulfate(SDS)micelles was investigated.It was found that the amount of nitrobenzene solubilized in SDS micelles increased with increasing concentration of both SDS and NaCl.The solubilization site of nitrobenzene in the SDS micelles was determined by nuclear magnetic resonance(NMR) near the hydrophobic core of the SDS micelles.

nitrobenzene;sodium dodecyl sulfate(SDS);micelle;solubilization;solubilization site

O 647.2

A

1007-2861(2015)04-0467-05

10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.032

2014-02-15

王田霖(1959—),男,教授,博士,研究方向?yàn)榄h(huán)境水質(zhì)分析與水體修復(fù)、食品分析.

E-mail:wtl2404@aliyun.com