微硅粉對亞甲基藍吸附性能的研究

王斌　呂婉茹

摘 要：文章研究了微硅粉對濃度亞甲基藍的吸附性能。結果表明，微硅粉對亞甲基藍的最大吸附量達21.2mg/g，其吸附規律較好的符合langmuir吸附等溫式。隨著時間的增加和溫度升高，吸附率增加。微硅粉對亞甲基藍的吸收速率符合準二級吸附動力學方程，PH值對微硅粉吸附性能影響較大，堿性越大吸附性能越好。在600℃高溫下再生2h后吸附率可達到94%以上。

關鍵詞：微硅粉；亞甲基藍；吸附

1 概述

硅石在高溫熔煉過程中，產生大量揮發性很強的SiO2和Si氣體，與空氣迅速氧化并冷凝，產生大量微硅粉，微硅粉呈灰白色，按含碳量多少，顏色深淺略有不同，白度40-50。平均粒徑為0.15-0.20um，比表面積為20000m2/kg 。微硅粉是一種超微固體物質，火山灰活性90%，其主要成分為二氧化硅，含量一般85-98%，其他由氧化鈉、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵、氧化鋁和碳等組成[1]。過去微硅粉一直被認為是一種工業廢棄物，近年來開始應用在特殊工程中使用的混凝土、耐火材料、水泥等重要領域。然而微硅粉用于染料廢水處理方面鮮有報道。文章以有機染料亞甲基藍為吸附質，四川長磯金屬工業公司微硅粉為吸附劑，進行液相等溫吸附，為進一步開展微硅粉凈化印染廢水奠定了基礎。

2 實驗相關分析

2.1 實驗材料與儀器

微硅粉（四川長磯金屬工業有限公司）

亞甲基藍 （成都市科龍化工試劑廠）

722型可見分光光度計 （上海菁華科技儀器有限公司）

ME204E型電子天平（托利多儀器有限公司）

10-12型箱式電阻爐（北京永光明醫療儀器有限公司）

101A-2型數顯電熱鼓風干燥箱（上海浦東萊豐科學儀器有限公司）

JJ-1型增力電動攪拌器（江蘇金壇醫療儀器廠）

PHS-3C型酸度計（上海佑科儀器儀表有限公司）

2.2 實驗方法

2.2.1 樣品制備

實驗所用微硅粉來自四川長磯金屬工業有限公司，使用前在100℃干燥箱中烘干2h后冷卻至室溫。

2.2.2 實驗過程

吸附采用靜態實驗方法。將0.50g微硅粉分別與不同濃度的50.0mL亞甲基藍溶液在燒杯中攪拌20min，取上層清液過濾測濃度，繪制吸附等溫線。取初始濃度為50.0mgL的亞甲基藍溶液50.0mL并加入0.20g微硅粉開始攪拌，每隔一定時間依次從燒杯中取上層清液過濾分析亞甲基藍濃度，繪制吸附速率曲線。考察了不同PH值、溫度、微硅粉用量對吸附率的影響。將吸附亞甲基藍達飽和的微硅粉干燥并在高溫600℃下煅燒2h，考察微硅粉的再生性能。

2.3 分析方法

采用分光光度法通過測定亞甲基藍溶液吸光度來確定亞甲基藍濃度。分別配置不同濃度的亞甲基藍溶液用分光光度計在665nm處以蒸餾水為空白測定各溶液的吸光度，進行線性回歸得標準曲線方程A=0.09156C+0.005537 r=0.99996（n=5）。

2.4 微硅粉平衡吸附量的測定

精確稱取0.30g 80℃干燥的微硅粉試樣于錐形瓶中，分別加入50.0mL不同濃度的亞甲基藍溶液（2 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、50 mg/L），在恒溫水浴上于20℃振蕩反應20min，在達吸附平衡后過濾取上層清液，用分光光度計于665nm處測溶液A，計算亞甲基藍的平衡濃度，根據公式（1）、（2）計算不同平衡濃度下微硅粉的吸附量。

3 結果與討論

3.1 微硅粉用量對吸附性能的影響

在20℃下加入不同質量的微硅粉，測定不同質量微硅粉對亞甲基藍的吸附率，見表2。微硅粉用量對吸附率的影響如圖1所示。（亞甲基藍溶液體積100mL，濃度50.0mg/L）。亞甲基藍吸附率隨著微硅粉用量的增加而提高，當微硅粉用量達到1.00g，水中的亞甲基藍吸附率可達到95%，此后隨著用量增加而吸附率增加，但增加幅度很小，說明吸附已達到飽和，所以從經濟角度出發，在實踐中應根據溶液濃度確定較優的微硅粉用量。

3.2 吸附等溫線

微硅粉在亞甲基藍不同濃度下吸附性能測定數據見表3。

采用langmuir吸附等溫式來描述吸附量q與平衡濃度c的關系，來比較亞甲基藍溶液不同濃度時微硅粉的吸附容量。累托石對亞甲基藍的吸附符合langmuir吸附等溫式[2]，若微硅粉對亞甲基藍的吸附也符合langmuir吸附等溫式，則q與c應滿足c/q=1/bq（max）+c/q（max），式中q（max）為飽和吸附量，b為常數，c為平衡濃度。以c/q對c作圖得一直線，見圖2，并求得直線方程及對應直線的相關系數：c/q=0.04717c+0.4156 r=0.9997。由上述直線斜率可求出飽和吸附量q（max）=21.20g，由直線截距和q（max）可求出b值為0.1135。

3.3 時間對亞甲基藍吸附性能的影響及吸附速率曲線

微硅粉對亞甲基藍吸附速率曲線如圖3所示。由此可見，微硅粉對亞甲基藍吸附速率較快，吸附時間為20min時亞甲基藍吸附率可達92.97%；隨著時間延長，吸附率增長不多，說明吸附已趨于平衡。由此可知，微硅粉可以迅速有效的吸附水溶液中的亞甲基藍。

由圖5可見，微硅粉對亞甲基藍的吸附率隨著溫度的升高而增大，這是因為亞甲基藍微溶于冷水，隨著溫度的升高溶解度增加，產生了更多的一價季銨鹽離子基團MB+，微硅粉由于在晶格中存在可交換性陽離子，因離子交換使微硅粉對亞甲基藍的吸附率相應提高。由圖5還能看出，即使在20℃的條件下，吸附率也可達90%以上，說明常溫下微硅粉也能有效吸附水溶液中的亞甲基藍。

3.5 PH值對吸附率的影響