?；瘡秃吓驖櫷羺f同表面活性劑脫除水中酸性靛藍

莫 偉 黃 東 馬少健 蔣茂林 楊曉靜

(1．廣西大學資源與冶金學院，廣西 南寧 530004；2．廣西大學環境學院，廣西 南寧 530004)

粒化復合膨潤土協同表面活性劑脫除水中酸性靛藍

莫 偉1黃 東2馬少健1蔣茂林1楊曉靜1

(1．廣西大學資源與冶金學院，廣西 南寧 530004；2．廣西大學環境學院，廣西 南寧 530004)

利用自主研制的?；瘡秃吓驖櫷羺f同表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨對模擬酸性靛藍廢水進行脫色處理，主要考察了粒化復合膨潤土及表面活性劑投加量、振蕩時間、pH值、溫度、溶液初始濃度等對脫色效果的影響及?；瘡秃吓驖櫷恋脑偕眯Ч?，并根據試驗現象分析了?；瘡秃吓驖櫷猎诿撋^程中所起的作用。結果表明：溶液的初始濃度和pH值對脫色效果的影響不大而溫度的影響較大；在合適的條件下，模擬廢水的脫色率可達100%；?；瘡秃吓驖櫷猎诿撋^程中的作用主要是使十六烷基三甲基氯化銨在原有脫色能力基礎上又形成對酸性靛藍較強的絮凝能力，從而顯著改善脫色效果；粒化復合膨潤土易于再生，反復使用次數可達4次。根據試驗結果可知，采用?；瘡秃吓驖櫷羺f同表面活性劑對印染廢水進行脫色處理，不僅可獲得優良的處理效果，還具有固液分離容易、表面活性劑用量少、二次污染風險低、?；瘡秃吓驖櫷猎偕阅芎玫忍攸c。

?；瘡秃吓驖櫷?表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨 酸性靛藍廢水 脫色

脫色是治理印染廢水的關鍵[1-2]。通常采用物理化學方法對印染廢水進行脫色處理，其中應用最多的是吸附法。目前在工業上使用較多的吸附材料是活性炭，但是活性炭再生困難、使用成本高，因此開發新型廉價的吸附材料用于印染廢水治理是近年來環保領域的研究熱點[3-6]。

膨潤土是以蒙脫石為主要成分的黏土巖，具有優異的吸附和陽離子交換性能[7]。近年來膨潤土在印染廢水治理中的應用研究得到了國內外眾多學者的廣泛關注。很多研究表明，天然膨潤土由于表面硅氧結構具有極強的親水性和層間大量可交換性陽離子的水解，使其表面通常存在一層薄的水膜，不能有效吸附疏水性有機污染物，因此用于印染廢水治理的膨潤土通常要經過有機改性、交聯改性或酸活化處理，其中有機改性膨潤土使用最多，尤其是經表面活性劑改性的有機膨潤土[8-14]。但是，許多學者發現該類有機膨潤土在印染廢水治理的實際應用中仍存在諸多問題，比如：有機膨潤土吸附印染廢水中的污染物后固液分離困難；利用表面活性劑合成的有機膨潤土處理廢水后若不回收利用，成本太高；隨著表面活性劑的大量使用，易對水體造成二次污染。而且常規的有機膨潤土合成工藝復雜、耗時、耗能，也限制了其在工業廢水治理中的實際應用。

針對上述問題，本研究采用自主研制的粒化復合膨潤土(ZL 200710035221.2)協同表面活性劑處理模擬酸性靛藍印染廢水，主要考察?；瘡秃吓驖櫷良氨砻婊钚詣┩都恿俊⒄袷帟r間、pH值、溫度、酸性靛藍溶液初始濃度等對脫色效果的影響及粒化復合膨潤土的再利用效果，以期為?；瘡秃吓驖櫷猎谟∪緩U水治理中的實際應用提供參考。

1 原料、試劑與儀器設備

膨潤土原料：廣西寧明膨潤土公司生產的鈣基膨潤土，其主要化學組成和物化性能分別見表1、表2。

表1 寧明膨潤土主要化學成分

Table 1 Main chemical composition of bentonite from Ningming %

表2 寧明膨潤土的主要物化性能Table 2 Physicochemical properties of raw bentonite from Ningming

塑料原料：廣西東油瀝青有限公司生產的粉狀聚丙烯，等規指數大于94%，表觀密度大于0.45 g/cm3。

試劑：十六烷基三甲基氯化銨(CTAC，AR)，酸性靛藍(AR)，鹽酸(AR)，氫氧化鈉(AR)。

主要儀器與設備：TSE-30A型雙螺桿擠出機造粒機組(南京瑞亞高聚物裝備有限公司)，SH-5型捏合改性機(南京思索集團有限公司)，721型分光光度計(上海精密科學儀器有限公司)，HY-4A型調速多用振蕩器(江蘇金壇市中大儀器廠，吸附試驗用)，THZ-82型水浴恒溫振蕩器(江蘇金壇市中大儀器廠，溫度試驗用)，PHS-3C型精密酸度計(上海雷磁儀器廠)，FA1004B型電子天平(上海越平科學儀器有限公司)，FT-IR Nexus470型傅立葉變換紅外光譜儀(美國NICOLET公司)。

2 試驗方法

2.1 ?；瘡秃吓驖櫷恋闹苽?/p>

根據自有專利技術，將一定比例的膨潤土與塑料混合料加入捏合機中攪拌均勻后，利用擠出機擠出成型。擠出產品經切粒得到粒徑約3 mm的粒化復合膨潤土。

2.2 脫色試驗

取50 mL一定濃度的酸性靛藍溶液置于150 mL具塞錐形瓶中，加入一定量的?；瘡秃吓驖櫷良氨砻婊钚詣〤TAC，調節好pH，在一定溫度下以200 r/min速度振蕩一定時間后過濾，用721型分光光度計測定濾液的吸光度，按下式計算溶液的脫色率D：

式中，A0、A分別為處理前及處理后染料溶液的吸光度。

3 試驗結果與討論

3.1 脫色效果的影響因素

3.1.1 CTAC投加量對脫色效果的影響

取50 mL濃度為50 mg/L的酸性靛藍溶液6份，分別加入0.005、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 g表面活性劑CTAC，不添加粒化復合膨潤土，在自然pH(pH=8)和室溫(26 ℃)條件下振蕩30 min，過濾，測定濾液的吸光度，計算脫色率，結果如圖1所示。

圖1 表面活性劑投加量對脫色效果的影響

由圖1可見，表面活性劑CTAC用量在0.005～0.05 g范圍內變化時，酸性靛藍溶液的脫色率均在65%以上，但最高僅為74.89%(此時CTAC的用量為0.01 g)。這說明CTAC對酸性靛藍具有一定的脫色能力，但單純使用CTAC不能達到理想的脫色效果。

此外，在試驗過程中均未觀察到后續試驗所出現的絮凝現象。

3.1.2 粒化復合膨潤土投加量對脫色效果的影響

取50 mL濃度為50 mg/L的酸性靛藍溶液6份，分別在投加1、3、5、7、9、11 g?；瘡秃吓驖櫷梁笤偬砑?.01 g表面活性劑CTAC，然后在自然pH和室溫條件下振蕩30 min，過濾，測定濾液的吸光度，計算脫色率，結果見圖2。

圖2 ?；瘡秃吓驖櫷镣都恿繉γ撋Ч挠绊?/p>

從圖2可以看到，投加適量的?；瘡秃吓驖櫷量娠@著改善表面活性劑CTAC對酸性靛藍的脫色效果：當?；瘡秃吓驖櫷恋耐都恿繛? g時，0.01 g CTAC對酸性靛藍的脫色率可由74.89%提高到85.39%；當?；瘡秃吓驖櫷恋耐都恿繛? g時，0.01 g CTAC對酸性靛藍的脫色率更是提高到了100%。但?；瘡秃吓驖櫷恋耐都恿坎⒎窃酱笤胶?，過量使用粒化復合膨潤土反而會使脫色效果變差：當?；瘡秃吓驖櫷恋耐都恿吭黾拥? g時，0.01 g CTAC對酸性靛藍的脫色率甚至降到了74.89%以下。

為進一步考察?；瘡秃吓驖櫷磷陨淼拿撋芰?，另取50 mL濃度為50 mg/L的酸性靛藍溶液6份，僅分別投加1、3、5、7、9、11 g?；瘡秃吓驖櫷炼辉偬砑颖砻婊钚詣〤TAC，然后在自然pH和室溫條件下振蕩30 min，過濾，測定濾液的吸光度，計算脫色率，結果發現脫色率幾乎均為零。這說明粒化復合膨潤土雖然可顯著改善表面活性劑CTAC的脫色效果，但其自身的脫色能力很弱。

在上述試驗過程中可以觀察到，當有?；瘡秃吓驖櫷链嬖跁r，加入表面活性劑CTAC后稍加振蕩，溶液中會迅速出現明顯的絮團，溶液的色度隨之降低，最后，所產生的絮團在過濾時被除去。由此可知，?；瘡秃吓驖櫷恋淖饔弥饕鞘笴TAC在原有脫色能力基礎上又形成對酸性靛藍較強的絮凝能力，從而大幅度提高脫色率。

由于表面活性劑CTAC與酸性靛藍形成的絮凝產物在最終過濾時將被除去，因此本研究所采用的處理方法不僅可脫除溶液中的酸性靛藍，同時還可避免因投加表面活性劑而造成的二次污染。這在本課題組其他的研究[15]中已得到證實：50 mL濃度為50 mg/L的酸性靛藍溶液的初始COD為49 mg/L，在投加3 g?；瘡秃吓驖櫷羺f同0.01 g表面活性劑進行處理后，所得濾液的COD不僅沒有升高，反而下降到24 mg/L，達到國家一級排放標準。

另外，值得一提的是，與采用有機改性膨潤土處理印染廢水相比，本研究所采用的處理方法可使表面活性劑的用量大為減少——據文獻[16]，采用表面活性劑對膨潤土進行有機改性時，表面活性劑的用量可按膨潤土的陽離子交換容量大致計算出，如以本研究所用CTAC為例，可計算出當?；瘡秃吓驖櫷劣昧繛? g，即膨潤土用量為2.1 g時，有機改性所需表面活性劑至少為0.294 9 g，而本方法只需0.01 g。簡而言之，膨潤土不經表面活性劑改性處理而直接與表面活性劑共同應用，可簡化流程、降低成本，有利于印染廢水的規?；卫?。

3.1.3 振蕩時間對脫色效果的影響

取50 mL濃度為50 mg/L的酸性靛藍溶液7份，均加入3 g?；瘡秃吓驖櫷良?.01 g表面活性劑CTAC，在自然pH和室溫條件下振蕩不同時間后，過濾，測定濾液的吸光度，計算脫色率，結果如圖3所示。

圖3 振蕩時間對脫色效果的影響

由圖3可以看出，脫色率在振蕩時間為3 min時僅為66.16%，5 min時迅速增至93.39%，之后呈緩慢上升趨勢。綜合考慮試驗結果，取振蕩時間為30 min。

3.1.4 pH值對脫色效果的影響

取50 mL濃度為50 mg/L的酸性靛藍溶液6份，均加入3 g?；瘡秃吓驖櫷良?.01 g表面活性劑CTAC，用濃度為0.1mol/L的HCl溶液或NaOH溶液調節至不同pH值后，在室溫下振蕩30 min，過濾，測定濾液的吸光度，計算脫色率，結果見圖4。

如圖4所示，在pH值為2～12范圍內，?；瘡秃吓驖櫷梁捅砻婊钚詣〤TAC共同作用下酸性靛藍溶液的脫色率均達到99%以上。這表明溶液的pH值對脫色效果影響并不大，因此在實際應用中可不調節廢水的pH值，從而簡化處理過程，節約處理成本。

圖4 pH值對脫色效果的影響

3.1.5 溫度對脫色效果的影響

取50 mL濃度為50 mg/L的酸性靛藍溶液5份，均加入3 g?；瘡秃吓驖櫷良?.01 g表面活性劑CTAC，不調節pH，依次在室溫、35 ℃、45 ℃、50 ℃、60 ℃下振蕩30 min，過濾，測定濾液的吸光度，計算脫色率，結果見圖5。

圖5 溫度對脫色效果的影響

如圖5所示，當試驗溫度從室溫上升至60 ℃時，脫色率由100%下降到5.53%，表明溫度對脫色效果的影響較大，溫度升高并不利于對含酸性靛藍溶液的脫色處理。因此實際水處理中不需調節水溫。

3.1.6 溶液初始濃度對脫色效果的影響

取濃度分別為5、10、20、30、40、50 mg/L的酸性靛藍溶液各50 mL，均加入3 g?；瘡秃吓驖櫷良?.01 g表面活性劑CTAC，不調節pH，在室溫下振蕩30 min，過濾，測定濾液的吸光度，計算脫色率，結果如圖6所示。

從圖6可以看出，除了溶液初始濃度為5 mg/L時脫色率略低，為92.84%外，其他溶液初始濃度下脫色率均在99%以上。說明試驗條件下酸性靛藍溶液初始濃度的改變基本不影響?；瘡秃吓驖櫷羺f同表面活性劑CTAC對溶液的處理效果。

3.2 ?；瘡秃吓驖櫷恋脑倮眯Ч?/p>

取粒化復合膨潤土3 g，在自然pH、室溫、振蕩時間為30 min條件下協同0.01 g表面活性劑CTAC對50 mL濃度為50 mg/L的酸性靛藍溶液進行脫色處理，處理完畢后通過水洗將?；瘡秃吓驖櫷僚c絮凝產物分離，在相同條件下再協同0.01 g表面活性劑CTAC對另50 mL濃度為50 mg/L的酸性靛藍溶液進行脫色處理。如此反復，以考察?；瘡秃吓驖櫷恋姆磸屠眯Ч?。試驗結果如圖7所示。

圖6 溶液初始濃度對脫色效果的影響

圖7 ?；瘡秃吓驖櫷猎倮眯Ч?/p>

由圖7可知，酸性靛藍溶液的脫色率在前4次反復使用?；瘡秃吓驖櫷恋倪^程中變化不大，均達到97%以上，到第5次反復使用?；瘡秃吓驖櫷習r才降低到87.18%。由此可見，所研制的?；瘡秃吓驖櫷猎偕^程簡單，反復利用率高。

4 結 論

(1)試驗表明：采用?；瘡秃吓驖櫷羺f同表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨對模擬酸性靛藍廢水進行脫色處理，脫色速度快、效率高，脫色率可達100%；脫色過程中酸性靛藍溶液的初始濃度及pH值對脫色效果的影響不大而溫度的影響較大；?；瘡秃吓驖櫷两?次反復使用后其協同作用仍較佳。

(2)?；瘡秃吓驖櫷猎诿撋^程中的作用主要是使十六烷基三甲基氯化銨在原有脫色能力基礎上又形成對酸性靛藍較強的絮凝能力，從而顯著改善脫色效果。

(3)采用?；瘡秃吓驖櫷羺f同表面活性劑對印染廢水進行脫色處理，不僅處理效果優良，還具有固液分離容易、表面活性劑用量少、二次污染風險低、粒化復合膨潤土再生容易等特點。

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(責任編輯 孫 放)

Removal of Acid Indigo Carmine from Wastewater Using Granular Complex Bentonite Cooperated with Surfactant

Mo Wei1Huang Dong2Ma Shaojian1Jiang Maolin1Yang Xiaojing1

(1.SchoolofResourcesandMetallurgy，GuangxiUniversity，Nanning530004，China；2.SchoolofEnvironment，GuangxiUniversity，Nanning530004，China)

A self-developed granular complex bentonite were cooperated with surfactant cetyltrimethylammonium chloride (CTAC) to decolorize indigo carmine simulated wastewater.The effect of dosage of granular complex bentonite and surfactant,length of time for oscillating,pH,temperature,initial concentration of indigo carmine simulated wastewater,etc.on decolorization rate was investigated,as well as recycling effect of granular complex bentonite,the function of which during decolorization was researched according to experimental phenomenon.The results showed that initial concentration and pH of indigo carmine solution had little effect on the decolorization rate while temperature can greatly affect decolorization.The decolorization rate of indigo carmine wastewater could be up to 100% under right conditions.Granular complex bentonite could enhance the flocculation of acid indigo carmine,which could significantly improve the decolorization effect.Granular complex bentonite could easily regenerate and be used for four times.Not only well treatment effect could be achieved,but also it owns the excellent characteristics of easy separation of solid and liquid,less dosage of surfactant,low risk of secondary pollution,easily regeneration for granular complex bentonite,etc.excellent characteristics could be achieved when granular complex bentonite is cooperated with surfactant CTAC for decolorization treatment.

Granular complex bentonite， Cetyltrimethylammonium chloride surfactant，Acid indigo carmine wastewater，Decolorization

2014-02-10

廣西科技開發重大專項(編號：桂科重1298002-5 ) ，廣西理工科學實驗中心重點項目(編號：LGZX201004)。

莫 偉(1978—)，女，副教授，博士。

TD985，X703.1

A

1001-1250(2014)-04-172-05