改性累托石吸附處理染料模擬廢水的試驗

陳 云，王營茹，孫家壽，羅 劼，段穎姍，陳佩佩

(武漢工程大學環境與城市建設學院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

染料廢水是一類有著一定“毒性”的高濃度有機廢水，其成分復雜，色度高，水質變化大，難降解物質濃度高[1]，屬于一類較難處理的有機廢水.其有效處理方法的研究早已成為全球性問題，常規的處理方法有很多[2-5]，而吸附法較其他處理方法在處理效率、操作方法、技術經濟指標等方面均有著較強的優勢而得到廣泛應用[6-7].本試驗在累托石吸附處理廢水中有機物和重金屬離子等的研究[8-11]的基礎上，較為系統地研究了改性累托石吸附處理亞甲基藍模擬染料廢水效果的影響因素，為累托石吸附處理染料廢水提供科學依據.

1 試驗材料和方法

1.1 試驗用累托石、試劑和儀器

累托石由湖北名流累托石科技股份有限公司提供，其化學組成見表1[12].

表1 累托石的化學組成

試驗用染料模擬廢水：試驗中選用亞甲基藍模擬廢水，準確稱取固體亞甲基藍1.000 g置于燒杯中，加入少量蒸餾水使它溶解，然后移至1 L容量瓶中定容，避光存放以備用.其他不同濃度的亞甲基藍染料廢水根據需要配制.

試驗用試劑為市售試劑.試驗用主要儀器有：722型可見分光光度計(天津市普瑞斯儀器有限公司)；TGL-16G型臺式離心機(上海市安亭科學儀器廠)；水浴恒溫振蕩器(上海躍進醫療器械廠)；pHS-3C型酸度計(上海精密儀器科學儀器有限公司生產)；SX2-4-10馬弗爐(天津市中環實驗電爐有限公司)；DHG-9075A電熱鼓風干燥箱(上海齊新科學儀器有限公司)等.

1.2 試驗方法

a.累托石改性：累托石經破磨后過0.074 mm(200目)篩，參考課題組的研究[13]，擬定焙燒改性，即在馬弗爐中于400 ℃下焙燒2 h，冷卻后備用.

b.吸附處理試驗：稱量一定質量的改性累托石加入盛有一定濃度的亞甲基藍模擬廢水的燒瓶中，密閉恒溫振蕩一定時間，取少量體積的懸浮液進行高速離心，取上層清液測試亞甲基藍濃度.

1.3 分析方法

a.亞甲基藍的濃度分析：配制不同濃度亞甲基藍的模擬染料廢水，采用分光光度法在λ=665 nm處測定亞甲基藍的吸光度值來確定其濃度，并繪制標準曲線(見圖1).取離心后的清夜稀釋一定倍數，測定其吸光度Ai，參照亞甲基藍標準曲線，通過線性方程[式(1)，R2=0.999 45]：

Ci=0.185 18Ai-0.010 73

(1)

計算待測液中亞甲基藍的濃度Ci.

圖1 亞甲基藍工作曲線

b.改性累托石吸附量的計算：通過式(2)計算改性累托石的吸附量.

(2)

式(2)中Q為累托石吸附量(mg/g)；C0、Ci為吸附前后亞甲基藍質量濃度(mg/L)；V為亞甲基藍模擬廢水體積(L)；m為改性累托石用量(g).

2 結果與討論

2.1 改性累托石用量對吸附效果的影響

固定模擬廢水初始質量濃度為100 mg/L、攪拌時間為60 min、轉速為200 r/min時，在室溫和不改變模擬廢水pH值的條件下改變改性累托石用量為0.5、0.75、1.0、1.25、1.5 g/L廢水進行試驗，試驗結果如圖2所示.

圖2 改性累托石用量對吸附效果的影響

由圖2可看出，隨著改性累托石用量的增加，改性累托石對亞甲基藍的吸附量并不成正比關系.當改性累托石用量為0.5 g/L廢水時，其吸附量最大達71.84 mg/g，但脫色率僅為35.92%；而用量為1.0 g/L廢水時吸附量為65.75 mg/g，脫色率達65.75%.因此綜合考慮脫色率和吸附量的大小，試驗選取改性累托石用量為1.0 g/L.

2.2 吸附時間對吸附效果的影響

按2.1選取的試驗條件，改變振蕩吸附時間進行試驗，試驗結果如圖3所示，由圖3可知，試驗開始前60 min，吸附效率增長最快，脫色率達到50.36%，此時吸附量為50.36 mg/g，隨吸附時間的延長，吸附速度明顯變緩，吸附量增加緩慢，綜合考慮吸附量脫色率和吸附速度，試驗選取吸附時間為60 min.

圖3 吸附時間對吸附效果的影響

2.3 pH對吸附效果的影響

按2.2選取的試驗條件，改變模擬廢水pH值進行試驗，試驗結果如圖4所示.

圖4 模擬廢水pH對吸附效果的影響

由圖4可看出，在酸性和堿性條件下吸附效果明顯，當pH為1時，累托石吸附量為72.23 mg/L，當pH=10時，累托石吸附量為61.70 mg/L，而pH為6、9時，吸附量為均53.06 mg/L，此時pH與模擬廢水pH值5.86相近，從處理經濟成本考慮，故試驗選取不改變模擬廢水的pH值.

2.4 振蕩速度對吸附效果的影響

振蕩速度決定了吸附時的懸浮液均相性和吸附劑與吸附質的接觸時間：振速太大，雖然溶液均相性較好，但減少了接觸時間；振速太小，雖然增大了吸附劑與吸附質的接觸時間，但懸浮液濃度不均勻，影響吸附質與吸附劑的接觸頻度.鑒于此，按2.3選取的試驗條件，對不同振蕩速度對吸附效果的影響進行試驗，試驗結果如圖5所示.

圖5 轉速對吸附效果的影響

從圖5可看出，在振蕩速度為200 r/min時，吸附效果最好，累托石吸附量為50.9 mg/L.因此，試驗選取振蕩速度為200 r/min.

2.5 溫度對吸附效果的影響

按2.4選取的試驗條件，為有效說明累托石吸附亞甲基藍的效果隨溫度變化的趨勢，在模擬廢水初始濃度分別為50、100、150、200和250 mg/L時，改變吸附處理溫度進行試驗，試驗結果如圖6所示.

圖6 吸附溫度對吸附效果的影響

由圖6可見，除在較低質量濃度50 mg/L時，其余濃度條件下溫度對吸附效果的影響曲線均呈“S”型，在40 ℃和60 ℃時，吸附量均高于其他溫度，且在60 ℃時，各種濃度下的吸附量趨近相同，為63 mg/g.

從圖6可看出，試驗吸附的最佳溫度為40 ℃，從處理經濟成本考慮，試驗中均選擇室溫20 ℃進行試驗.

2.6 電解質對吸附的影響

工業染料廢水中由于緩釋劑的添加，廢水中往往含有大量無機電解質，為進一步模擬染料廢水，分別試驗了低濃度電解質(Na2SO4)濃度0.005，0.01，0.05，0.1 mol/L，高濃度電解質濃度(Na2SO4)0.5 mol/L時對累托石吸附亞甲藍的影響，結果見表2.

表2 不同電解質濃度時累托石對亞甲基藍的吸附量

由表2中數據可以看出，低濃度的電解質濃度(0.005～0.1 mol/L Na2SO4)時，累托石對亞甲基藍的吸附量并無明顯變化，基本保持在54 mg/g以上，但電解質濃度提高到0.5 mol/L時，累托石對亞甲基藍的吸附量略有減小.由此說明低濃度的電解質對累托石吸附亞甲基藍過程并無明顯影響，而在高濃度時會對吸附過程稍有阻礙作用.

2.7 末改性累托石及改性累托石對亞甲基藍吸附處理對比試驗

對焙燒改性前后的累托石分別進行SEM掃面電鏡觀察其結構，得圖7、8.

圖7 焙燒前累托石SEM

從圖7、圖8中可以對比看出，焙燒后的累托石片狀層間結構的層間距明顯大于改性前，焙燒改性后累托石有了大量的層間空隙，比表面積明顯增大.為證明改性前后吸附性的變化，進行如下對比試驗.

在未改性累托石和焙燒改性累托石用量都為1.0 g/L廢水、模擬廢水初始質量濃度為100 mg/L、攪拌時間為60 min、轉速為200 r/min時，在室溫和不改變模擬廢水pH值的條件下對模擬染料廢水進行試驗，未改性累托石對亞甲基藍的吸附量僅為24.75 mg/g，而焙燒改性累托石對亞甲基藍的吸附量可達67.1 mg/g.說明用累托石處理亞甲基藍模擬染料廢水時，累托石的焙燒改性是非常必要的.

3 結 語

采用焙燒改性累托石處理染料模擬廢水，得出改性累托石吸附處理亞甲基藍模擬廢水的最優條件為：廢水質量濃度100 mg/L時，累托石最佳用量為1.0 g/L，最佳吸附溫度為40 ℃，有效吸附時間為1 h，最適pH為6.0，最佳攪拌速度為200 r/min；當累托石用量為1.0 g/L廢水、模擬廢水初始質量濃度為100 mg/L、攪拌時間為60 min、轉速為200 r/min時，在室溫和不改變模擬廢水pH值的條件下，焙燒改性累托石對模擬廢水中亞甲基藍的吸附容量為67.10 mg/g，明顯高于末改性累托石對亞甲基藍的吸附量24.75 mg/g；在進一步模擬真實廢水的試驗中發現，模擬染料廢水中的電解質對改性累托石吸附亞甲基藍過程影響較小.

參考文獻：

[1] 王湖坤,張敏.累托石對印染廢水處理的試驗研究[J].印染助劑,2007,24(9):31-33.

[2] 張靜,陳金毅,孫家壽，等.累托石/TiO2復合材料的制備及其光催化性能研究[J].武漢工程大學學報,2010,32(6):35-38.

[3] 付忠田,鄭琳子,趙菲菲,等.電化學法處理活性艷藍X-BR模擬染料廢水的研究[J].環境保護科學，2010，36(5)：14-17，24.

[4] 趙軍,宿程遠,陳孟林,等.微波輻射-吸附催化法處理孔雀石綠染料廢水的研究[J].工業用水與廢水,2010,41(5):19-21.

[5] 劉芳芝,渠會麗,顧朝暉.組合臭氧氧化技術在染料廢水處理中的應用[J].山西化工,2010,30(5):17-20.

[6] 丁紹蘭,李鄭坤,王睿.染料廢水處理技術綜述[J].水資源保護,2010,26(3):73-77.

[7] 陳嬋維,付忠田,于洪蕾,等.染料廢水處理技術進展[J].環境保護與循環經濟,2010(4):37-40.

[8] 孫家壽,張蕾,陳偉亞,等.生物累托石處理生活污水試驗研究[J].環保科技,2010,16(1):01-06.

[9] 苗晨,牟淑杰.改性累托石吸附處理含氰廢水實驗研究[J].科學技術與工程,2010,10(16):4096-4099.

[10] 徐振華,左莉娜,湯甜玉,等.聚羥基鋁鐵改性累托石處理低氟飲用水的應用研究[J].非金屬礦,2009,32(1):77-81.

[11] 唐玉斌,郁防,陳芳艷.累托石/腐殖酸微球的制備及其對Cr(VI)的吸附研究[J].環境工程學報,2009,3(6):1054-1058.

[12] 孫家壽,張蕾,陳偉亞，等.固定化化生物累托制備與表征[J].武漢工程大學學報,2008,30(3):51-56.

[13] 孫家壽,張澤強,劉羽，等.CTMAB交聯累托石吸附苯胺廢水研究[J].離子交換與吸取附,2002(23):229-232.