改性蔗渣處理染料廢水的研究

高 新

(濟(jì)南市長清區(qū)自來水服務(wù)中心，山東 濟(jì)南250300)

近年來， 活性炭吸附法作為防治環(huán)境污染的強(qiáng)有力的手段之一，用于水源、飲水凈化及工業(yè)廢水、生活廢水處理。制備活性炭的主要原料是木材和煤炭，由于這些資源有限，國內(nèi)外利用廢棄材料制備活性炭，以謀求廉價(jià)原料的探索受到了重視，如國內(nèi)外已開發(fā)了利用農(nóng)作物廢棄物[1-5]等來制備活性炭的技術(shù)。蔗渣活性炭是一種具有特殊微晶結(jié)構(gòu)、微細(xì)孔發(fā)達(dá)、比表面積巨大、吸附能力強(qiáng)的碳，它作為一種優(yōu)良吸附劑已廣泛應(yīng)用于制糖、醫(yī)藥、食品等方面。蔗渣的化學(xué)組成與木材十分相似，它作為活性炭的原料，可大大降低活性炭的原料成本，提升蔗渣的附加值[6]。

染料廢水不但排放量大，而且顏色深、成分復(fù)雜、有毒物質(zhì)多和難以降解，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，染料廢水的處理是當(dāng)前熱點(diǎn)課題之一[7-8]。 染料廢水處理的研究很多，可以分為化學(xué)法、物理化學(xué)法、生物法或它們之間的優(yōu)化組合，應(yīng)用較多的是吸附法，活性炭是工業(yè)應(yīng)用最多的固體吸附劑，但活性炭處理成本太高。 本實(shí)驗(yàn)利用農(nóng)林廢棄物甘蔗渣制備改性吸附劑，并利用其處理染料廢水，研究了改性蔗渣對染料廢水的脫色性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑與儀器

H2SO4、NaOH 均為分析純，蔗渣；SHZ-D（Ⅲ）型循環(huán)水式真空泵（鞏義市英峪予華儀器廠）、722 型分光光度計(jì)（天津市拓普儀器有限公司）、DSHZ-300A 旋轉(zhuǎn)式恒溫振蕩器（太倉實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠）等。

1.2 分析方法

配制染料的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，用722 分光光度計(jì)在波長425.5nm 下利測定其吸光度，繪制濃度與吸光度的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線如圖1 所示。 擬合所得的線性方程為y=0.0089x+0.0087， 標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性系數(shù)R2 達(dá)到0.9999，線性相關(guān)性好。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 改性蔗渣制備

取適量甘蔗渣，置于2.0L 的大燒杯中，加入一定量的濃硫酸溶液攪拌，直至蔗渣完全碳化變黑，然后加入蒸餾水洗至中性，烘干、碾碎、過篩、備用。

1.3.2 吸附實(shí)驗(yàn)

在250ml 錐形瓶中加入100mL 一定濃度的染料廢水， 調(diào)節(jié)pH值，加入適量的改性蔗渣，恒溫振蕩一定時(shí)間后，過濾，測濾后液的吸光度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 蔗渣改性

對改性前后的蔗渣用電鏡進(jìn)行掃描， 掃描電鏡圖見圖2。 從圖2中可知，未改性蔗渣表面光滑，而改性之后的蔗渣表面不但粗糙而且形成了許多小孔，大大提高了蔗渣的比表面積，從而提高了其吸附性能。

圖2 蔗渣的掃描電鏡圖： （a）原蔗渣（b）改性蔗渣

2.2 蔗渣投加量的影響

在100mL 濃度為100mg/L 的染料廢水中投加不同量的改性蔗渣，在室溫下吸附反應(yīng)一定時(shí)間后，靜置過濾，測濾后液的吸光度，計(jì)算脫色率，結(jié)果見圖3。 從圖3 可知染料廢水的脫色率隨著改性蔗渣投加量的增加而提高，當(dāng)投加量為0.8g 時(shí)，脫色率達(dá)97%。 繼續(xù)加大投加量，脫色率提高不顯著。

圖3 改性蔗渣投加量對脫色率的影響

2.3 初始pH 值的影響

染料廢水初始pH 值對脫色率的影響見圖4。由圖4 中可知，在酸性或中性條件下，改性蔗渣對染料廢水的脫色率較高；在堿性條件下，脫色率隨pH 值的提高而大大降低。當(dāng)pH 值為7 時(shí)脫色率效果最佳，此時(shí)脫色率達(dá)98%。

圖4 初始pH 值對處理效果的影響

2.4 吸附等溫線

在100mL 初始濃度為20～150mg/L 的染料廢水中投加等量的改性蔗渣，在相同條件下吸附平衡后測其吸光度。 用Langmuir 等溫吸附方程[9]對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)果見圖5。由圖5 可知改性蔗渣對染料的吸附符合Langmuir 等溫吸附模式， 等溫吸附方程為Ce/qe=0.0145Ce+0.3183，R2=0.9801。

圖5 Langmuir 吸附等溫線

2.5 吸附動(dòng)力學(xué)

為了研究改性蔗渣對染料的吸附機(jī)理， 實(shí)驗(yàn)選取了初始濃度為50mg/L、100mg/L 和150mg/L 的染料廢水作為研究對象， 研究了各初始濃度下隨時(shí)間的吸附量并用偽二級吸附模型[10]進(jìn)行擬合，結(jié)果見圖6。 由圖6 可知，改性蔗渣對染料的吸附能很好地用偽二級動(dòng)力學(xué)模型描述。

圖6 改性蔗渣吸附染料的t/qt-t 曲線圖

3 結(jié)論

進(jìn)行酸改性后的蔗渣對染料廢水具有很好的處理效果，當(dāng)投加量為0.8g/100mL，pH 值為7，在室溫下達(dá)到吸附平衡后，染料廢水的脫色率可達(dá)97%以上。 改性蔗渣對染料的吸附符合Langmuir 等溫吸附方程， 偽二級吸附動(dòng)力學(xué)可以很好地描述改性蔗渣對染料的吸附行為。

［1］沈鐵煥，時(shí)運(yùn)銘，依恒萍.磷酸法麥稈活性炭的研制[J].化工進(jìn)展，2001，4：40-42.

［2］李坤權(quán)，鄭正，蔣劍春，等.鉛在棉稈基活性炭上的吸附動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)[J].環(huán)境科學(xué)，2010，31(5)：1402-1408.

［3］蔣柏泉，曾芳，曾慶芳，等.廢椰殼制備活性炭負(fù)載CuO 處理活性艷紅X-3B廢水的工藝優(yōu)化[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2013，7(9)：3283-3288.

［4］毛佳麗，羊依金，廖姣姣，等.鈦鐵礦造孔核桃殼基活性炭的制備及其吸附性能[J].化工環(huán)保，2013，33(4)：367-371.

［5］吳春，高彥杰，劉寧.玉米芯吸附處理工業(yè)廢水中染料的方法研究[J].食品科學(xué)，2007，28(8)：188-191.

［6］胥維昌.染料行業(yè)廢水處理現(xiàn)狀和展望[J].染料工業(yè)，2002，39(61)：35-39.

［7］謝復(fù)青，何星存，黃智，等.鋼渣/焦炭吸附-微波降解法處理陽離子染料廢水[J]. 環(huán)境污染與防治，.2006，28(7）：496-498.

［8］M. Koch，A. Yediler，D. Lienert，et al.Ozonation of hydrolyzed azo dye reactive yellow 84(Cl)[J]. Chemosphere ，2002, 46(1)：109-113.

［9］C. Kannan, K. Muthuraja, M. R. Devi. Hazardous dyes removal from aqueous solution over mesoporous aluminophosphate with textural porosity by adsorption[J].Journal of Hazardous Materials ，2013, 244-245(15)：10-20.

［10］N. A Kabbashi, M. A. Atieh, A. Al-Mamun, et al. Kinetic adsorption of application of carbon nanotubes for Pb(II) removal from aqueous solution[J]. Journal of Environmental Sciences ，2009, 21(4)：539-544.