廢棄茶葉渣處理含酚廢水的研究

宋娟娟

摘 要：用FeCl3、AlCl3、FeSO4對茶渣進行改性，研究改性后的茶渣對含酚廢水的吸附性能。探討了溶液的初始濃度、pH值和時間及溫度等因素對吸附性能的影響，并探討了等溫吸附過程。結果表明，FeCl3對茶渣的改性效果最好，用此改性茶渣對苯酚進行吸附，在溶液pH為9.0，苯酚初始溶度為200mg/L，投加200目改性茶渣2.5g，溫度50℃下吸附60min時吸附效果最好，最大吸附量為8.5mg/g。

關鍵詞：改性茶渣；含酚廢水；吸附

1 緒論

隨著工業化的發展，排向環境中的含酚廢水越來越多，由于其具有很強的毒性，已經受到國內外廣泛關注。目前含酚廢水的傳統處理方法主要有萃取法、生物處理法；新興技術則有光催化技術、臨界水氧化技術、電催化技術、超聲降解技術[1]。茶葉渣是沖泡后的茶葉渣滓。茶葉和茶湯中含有多種多樣的含氧、氮、磷和硫的活性基團這些基團在適宜條件下與金屬離子發生不同反應，使多種金屬離子沉淀。國內茶葉的吸附研究處于起步階段，茶葉作為吸附材料，對金屬離子的吸附已有許多報道[2]，但對有機分子的吸附研究較少。本研究通過改性過的茶葉渣來處理含酚廢水，旨在找到一種新的以廢治廢的含酚廢水處理技術。

2 實驗部分

2.1 試劑與儀器

試劑：茶葉（市售綠茶）；氯化銨；氨水；鐵氰化鉀；4-氨基安替比林，苯酚、三氯化鐵、硫酸亞鐵等均為分析純。

儀器：So8-h2調速振蕩器、T6新悅可見分光光度計、PHS-3C型酸度計、SHA-B水浴恒溫振蕩器。

2.2 實驗方法

2.2.1 茶葉渣的制備和茶渣改性的方法

將市售綠茶浸泡2次：第一次用90℃自來水浸泡，浸泡時間為12h；后將茶湯濾去，再加蒸餾水浸泡12h。浸泡完后過濾，將濾后的茶葉在烘箱中110℃下烘干后，研磨成粉末，并分別用200目，100目，80目，60目，40目，10目的篩子進行分類。放置在干燥皿中備用[3]。室溫下，取1g茶葉渣置于1.5mol/L的改性劑中攪拌1h，然后用真空泵進行抽濾，再將其置于105℃下烘干24h，即得到改性茶葉，改性茶葉放置干燥皿中備用。

2.2.2 改性茶葉渣對含酚廢水的去除效果實驗

室溫下，稱取一定量的改性茶葉，加入盛有一定濃度模擬苯酚溶液的錐形瓶中，調節pH，在恒溫振蕩器上震蕩吸附至平衡，取上層清液3份，做平行實驗，用分光光度法（λ=510nm）測定其中苯酚殘余濃度。

3 結果與分析

3.1 改性劑的選擇

在苯酚濃度為40mg/L；溶液體積為50mL；粒徑100目的改性茶葉渣加入1g的條件下，考察不同改性劑對苯酚吸附效果的影響，其中改性劑的濃度均為1.5mol/L，做三組平行實驗，結果見表1。

由此可見加入改性劑后吸附性能有所提高，在三種改性劑中，三氯化鐵的改性效果最好，氯化鋁次之，硫酸亞鐵最差。因此，以下實驗均選用三氯化鐵改性后的茶渣作為吸附劑。

表1 改性劑的選擇實驗結果

3.2 茶渣的粒徑對吸附量的影響

分別向6組50mL的100mg/L模擬含酚廢水中加入200目、100目、80目、60目、40目、10目改性后茶渣1g，調節pH為2，常溫下震蕩60min，過濾后得上清液，測定吸光度。研究茶渣粒徑與對吸附量的影響。如圖1。

由圖1可以看出，茶渣對苯酚的吸附量隨著茶渣粒徑的減小而增大，當茶渣的粒徑小于100目時，對吸附的影響不大，因此實驗選擇100目的茶渣做吸附劑。

3.3 溶液初始濃度對吸附量的影響

配制50mL濃度分別為40.0mg/L、60.0mg/L、80.0mg/L、100.0mg/L、150.0mg/L、200.0mg/L、300.0mg/L和500.0mg/L的苯酚溶液，調節pH為2，稱取1g的100目的改性茶渣8份，分別放入各苯酚溶液中，將溶液在室溫下振蕩60min后，取出測量吸光度值，研究溶液初始濃度對苯酚吸附量的影響，結果如圖2。

圖2 室溫下，初始濃度對吸附量的影響

由圖2可知，室溫下，隨著初始濃度的增加，吸附量增加。當初始濃度大于200mg/L時，吸附量變化不大，說明初始濃度在200mg/L時，改性茶葉吸附達到飽和。所以以下實驗，苯酚溶液初始濃度均選用200mg/L。

3.4 pH對吸附量的影響

配制50mL濃度為200mg/L的苯酚溶液6份，并調節pH分別為3、5、7、9、11和12，分別加入用氯化鐵改性好的茶渣1g，將苯酚溶液置于振蕩器中振蕩60min，研究pH對苯酚溶液吸附量的影響，結果如圖3。

圖3 在200mg/L的初始濃度下，pH對吸附量的影響

由圖3可知，在初始濃度200mg/L下，溶液pH值在1.0至9.0時，改性茶葉對苯酚的吸附量隨著pH的增大而增大；當溶液pH大于9.0時，隨著溶液pH值的增大，吸附量反而減小。這是由于pH過高，改性茶葉上的Fe3+生成Fe（OH）3沉淀而解吸到溶液中，影響了吸附，所以最佳吸附pH為9.0。以下實驗溶液的pH均調為9.0。

3.5 吸附時間對吸附量的影響

配制50mL濃度為200mg/L的苯酚溶液7份，調節pH為9.0，分別向苯酚溶液中加入1g改性茶葉，調節振蕩器時間為70min，每隔十分鐘取出一瓶，研究吸附時間對苯酚溶液吸附量的影響，結果見圖4。

圖4 吸附時間對吸附量的影響

由圖4可知，初始濃度200mg/L，pH為9.0時，吸附量隨著時間的增長而增加，當吸附時間達到60min后，吸附量基本保持不變，達到吸附平衡。開始時吸附很快是由于苯酚主要吸附在三氯化鐵改性茶葉的表面，隨著吸附時間的延長，苯酚逐漸進入三氯化鐵改性茶葉的孔隙而被吸附，因為苯酚通過茶葉孔隙阻力增大，傳質速度減慢，吸附率隨吸附時間緩慢增加，直至達到吸附平衡。為保證達到吸附平衡，后面的實驗吸附時間選為60min。endprint

3.6 茶渣的投加量對吸附的影響

配制50mL濃度為200mg/L的苯酚溶液8份，并調節pH分別為9，分別加入改性茶渣0.5g，1g，1.5g，2g，2.5g，3g，4g，5g，再將苯酚溶液置于振蕩器中振蕩60min，研究茶渣投加量對苯酚溶液吸附量的影響，結果如圖5。

圖5 茶渣投加量對吸附量的影響

由圖5可以看出，隨著茶渣投加量的增加，吸附量越來越大，但當投加量大于2.5g時，吸附量變化不大，說明在投加量大于2.5g時，溶液中的苯酚已經吸附飽和，因此實驗中采用2.5g的茶渣投加量。

3.7 溶液溫度對吸附量的影響

配制50ml濃度為200mg/L的苯酚溶液6份，調節pH為9.0左右，分別置于20℃、30℃、40℃、50℃、60℃和70℃的振蕩儀中，將2.5g改性茶葉分別加入到各苯酚溶液中，吸附時間為60min，研究溫度對苯酚溶液吸附量的影響，繪制成曲線分布圖，結果見圖6。

圖6 溶液溫度對吸附量的影響

由圖6可知，在低溫條件下，隨著溫度的升高，苯酚的吸附量變化較大，這是由于加熱蒸煮導致改性茶葉內部纖維發生溶漲作用，分析擴散加快；當溫度高于50℃后，隨著溫度的升高，吸附量會減少，這是由于溫度較高時破壞了三氯化鐵改性茶葉的吸附表面，溫度升高加速離子的運動，會使三氯化鐵改性茶葉上的Fe3+溶解到溶液中，不利于吸附，因此，溫度控制在50℃較好。[5]

4 結束語

用FeCl3改性后的廢棄茶葉渣對廢水中的苯酚有較強的吸附能力，吸附主要受PH值和溫度的影響。在溶液pH為9.0，苯酚初始溶度為200mg/L，投加200目改性茶渣2.5g，溫度50℃下吸附60min時吸附效果最好。本研究不但對保護環境、維護人體健康、促進經濟發展具有重要意義，而且對開拓茶葉渣的應用有重要意義。

參考文獻

[1]吳勇民，李浦，黃咸雨，等.含酚廢水處理新技術及其發展研究前景[J].環境科學域管理2007，32（2）：150-153.

[2]劉方明，劉劍.含酚廢水的處理[J].黑龍江環境通報，2010，24（11）：80-90.

[3]黃江勝.改性茶葉對工業廢水的吸附性能研究[J].安徽：安徽工業大學，2010（4）：19-20.

[4]張芳西，金承基，周淑芬.含酚廢水的處理與利用[M].北京：化學工業出版社，1983.

[5]臧花運，蘇小歡，曾寶強.生物化學法處理含酚廢水的研究進展[J].新疆環境保護，2005，27（1）：28-31.endprint

3.6 茶渣的投加量對吸附的影響

配制50mL濃度為200mg/L的苯酚溶液8份，并調節pH分別為9，分別加入改性茶渣0.5g，1g，1.5g，2g，2.5g，3g，4g，5g，再將苯酚溶液置于振蕩器中振蕩60min，研究茶渣投加量對苯酚溶液吸附量的影響，結果如圖5。

圖5 茶渣投加量對吸附量的影響

由圖5可以看出，隨著茶渣投加量的增加，吸附量越來越大，但當投加量大于2.5g時，吸附量變化不大，說明在投加量大于2.5g時，溶液中的苯酚已經吸附飽和，因此實驗中采用2.5g的茶渣投加量。

3.7 溶液溫度對吸附量的影響

配制50ml濃度為200mg/L的苯酚溶液6份，調節pH為9.0左右，分別置于20℃、30℃、40℃、50℃、60℃和70℃的振蕩儀中，將2.5g改性茶葉分別加入到各苯酚溶液中，吸附時間為60min，研究溫度對苯酚溶液吸附量的影響，繪制成曲線分布圖，結果見圖6。

圖6 溶液溫度對吸附量的影響

由圖6可知，在低溫條件下，隨著溫度的升高，苯酚的吸附量變化較大，這是由于加熱蒸煮導致改性茶葉內部纖維發生溶漲作用，分析擴散加快；當溫度高于50℃后，隨著溫度的升高，吸附量會減少，這是由于溫度較高時破壞了三氯化鐵改性茶葉的吸附表面，溫度升高加速離子的運動，會使三氯化鐵改性茶葉上的Fe3+溶解到溶液中，不利于吸附，因此，溫度控制在50℃較好。[5]

4 結束語

用FeCl3改性后的廢棄茶葉渣對廢水中的苯酚有較強的吸附能力，吸附主要受PH值和溫度的影響。在溶液pH為9.0，苯酚初始溶度為200mg/L，投加200目改性茶渣2.5g，溫度50℃下吸附60min時吸附效果最好。本研究不但對保護環境、維護人體健康、促進經濟發展具有重要意義，而且對開拓茶葉渣的應用有重要意義。

參考文獻

[1]吳勇民，李浦，黃咸雨，等.含酚廢水處理新技術及其發展研究前景[J].環境科學域管理2007，32（2）：150-153.

[2]劉方明，劉劍.含酚廢水的處理[J].黑龍江環境通報，2010，24（11）：80-90.

[3]黃江勝.改性茶葉對工業廢水的吸附性能研究[J].安徽：安徽工業大學，2010（4）：19-20.

[4]張芳西，金承基，周淑芬.含酚廢水的處理與利用[M].北京：化學工業出版社，1983.

[5]臧花運，蘇小歡，曾寶強.生物化學法處理含酚廢水的研究進展[J].新疆環境保護，2005，27（1）：28-31.endprint

3.6 茶渣的投加量對吸附的影響

配制50mL濃度為200mg/L的苯酚溶液8份，并調節pH分別為9，分別加入改性茶渣0.5g，1g，1.5g，2g，2.5g，3g，4g，5g，再將苯酚溶液置于振蕩器中振蕩60min，研究茶渣投加量對苯酚溶液吸附量的影響，結果如圖5。

圖5 茶渣投加量對吸附量的影響

由圖5可以看出，隨著茶渣投加量的增加，吸附量越來越大，但當投加量大于2.5g時，吸附量變化不大，說明在投加量大于2.5g時，溶液中的苯酚已經吸附飽和，因此實驗中采用2.5g的茶渣投加量。

3.7 溶液溫度對吸附量的影響

配制50ml濃度為200mg/L的苯酚溶液6份，調節pH為9.0左右，分別置于20℃、30℃、40℃、50℃、60℃和70℃的振蕩儀中，將2.5g改性茶葉分別加入到各苯酚溶液中，吸附時間為60min，研究溫度對苯酚溶液吸附量的影響，繪制成曲線分布圖，結果見圖6。

圖6 溶液溫度對吸附量的影響

由圖6可知，在低溫條件下，隨著溫度的升高，苯酚的吸附量變化較大，這是由于加熱蒸煮導致改性茶葉內部纖維發生溶漲作用，分析擴散加快；當溫度高于50℃后，隨著溫度的升高，吸附量會減少，這是由于溫度較高時破壞了三氯化鐵改性茶葉的吸附表面，溫度升高加速離子的運動，會使三氯化鐵改性茶葉上的Fe3+溶解到溶液中，不利于吸附，因此，溫度控制在50℃較好。[5]

4 結束語

用FeCl3改性后的廢棄茶葉渣對廢水中的苯酚有較強的吸附能力，吸附主要受PH值和溫度的影響。在溶液pH為9.0，苯酚初始溶度為200mg/L，投加200目改性茶渣2.5g，溫度50℃下吸附60min時吸附效果最好。本研究不但對保護環境、維護人體健康、促進經濟發展具有重要意義，而且對開拓茶葉渣的應用有重要意義。

參考文獻

[1]吳勇民，李浦，黃咸雨，等.含酚廢水處理新技術及其發展研究前景[J].環境科學域管理2007，32（2）：150-153.

[2]劉方明，劉劍.含酚廢水的處理[J].黑龍江環境通報，2010，24（11）：80-90.

[3]黃江勝.改性茶葉對工業廢水的吸附性能研究[J].安徽：安徽工業大學，2010（4）：19-20.

[4]張芳西，金承基，周淑芬.含酚廢水的處理與利用[M].北京：化學工業出版社，1983.

[5]臧花運，蘇小歡，曾寶強.生物化學法處理含酚廢水的研究進展[J].新疆環境保護，2005，27（1）：28-31.endprint