改性蔗渣處理染料廢水的研究

高 新

(濟南市長清區自來水服務中心，山東 濟南250300)

近年來， 活性炭吸附法作為防治環境污染的強有力的手段之一，用于水源、飲水凈化及工業廢水、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，國內外利用廢棄材料制備活性炭，以謀求廉價原料的探索受到了重視，如國內外已開發了利用農作物廢棄物[1-5]等來制備活性炭的技術。蔗渣活性炭是一種具有特殊微晶結構、微細孔發達、比表面積巨大、吸附能力強的碳，它作為一種優良吸附劑已廣泛應用于制糖、醫藥、食品等方面。蔗渣的化學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、成分復雜、有毒物質多和難以降解，造成嚴重的環境污染，染料廢水的處理是當前熱點課題之一[7-8]。 染料廢水處理的研究很多，可以分為化學法、物理化學法、生物法或它們之間的優化組合，應用較多的是吸附法，活性炭是工業應用最多的固體吸附劑，但活性炭處理成本太高。 本實驗利用農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 實驗部分

1.1 主要試劑與儀器

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

1.2 分析方法

配制染料的標準系列溶液，用722 分光光度計在波長425.5nm 下利測定其吸光度，繪制濃度與吸光度的標準工作曲線如圖1 所示。 擬合所得的線性方程為y=0.0089x+0.0087， 標準曲線的線性系數R2 達到0.9999，線性相關性好。

圖1 標準工作曲線

1.3 實驗方法

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 吸附實驗

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

2 實驗結果與討論

2.1 蔗渣改性

對改性前后的蔗渣用電鏡進行掃描， 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，在室溫下吸附反應一定時間后，靜置過濾，測濾后液的吸光度，計算脫色率，結果見圖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，當投加量為0.8g 時，脫色率達97%。 繼續加大投加量，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pH 值為7 時脫色率效果最佳，此時脫色率達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]對所得數據進行擬合，結果見圖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 吸附動力學

為了研究改性蔗渣對染料的吸附機理， 實驗選取了初始濃度為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間的吸附量并用偽二級吸附模型[10]進行擬合，結果見圖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力學模型描述。

圖6 改性蔗渣吸附染料的t/qt-t 曲線圖

3 結論

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

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