改性硅藻土對金橙Ⅱ的吸附研究

李鎮鎮

(太原工業學院環境與安全工程系，山西 太原 030008)

改性硅藻土對金橙Ⅱ的吸附研究

李鎮鎮

(太原工業學院環境與安全工程系，山西 太原 030008)

選擇硅藻土作為吸附劑對染料廢水金橙Ⅱ進行吸附實驗，并使用殼聚糖對硅藻土進行改性，改變影響因素來探討最佳吸附條件，并進行動力學和熱力學研究。結果表明，最佳吸附條件為：殼聚糖與硅藻土質量比為1∶10、pH值為5、吸附時間為120 min、改性硅藻土用量為5 g、溫度為50 ℃，在此條件下的吸附率可達88.98%。改性硅藻土對金橙Ⅱ的吸附符合Langmuir吸附等溫線方程和偽二階模型。

硅藻土；殼聚糖；金橙Ⅱ；吸附

引 言

目前，我國染料年產量大且難降解、不容易處理[1-2]，在應用過程中伴隨各種化學方應，使染料廢水濃度在增大的同時，產生難降解的重金屬汞、吡啶、芳香類物質等[3]，因此，人們對它的重視程度越來越高。印染和紡織行業排放的廢水是染料廢水的主要來源。面對染料廢水所引發的一系列問題，多種去除染料的辦法已被應用，包括物理法、化學法和生物法[4]。其中，處理效果最好的是活性炭吸附，但它不可再生、成本高[5]。因此，研究者選取了可再生、清潔無污染、價格低的礦物材料來取代。其中，硅藻土表面積較大、呈松散狀態、分布有許多細小的空隙，具有較強的吸附能力，在處理染料廢水方面有非常大的應用價值[6-8]。但天然硅藻土的吸附性能較差，因此，需要通過改性來進一步提高它的染料吸附性能。殼聚糖具有可生物降解性、無毒性，對金屬離子、染料分子和有機物具有良好的吸附作用[9-10]。本文以染料廢水金橙Ⅱ為目標污染物，選擇殼聚糖改性的硅藻土作為吸附劑進行吸附實驗，改變影響因素來探討最佳吸附條件，并進行動力學和熱力學研究。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑：硅藻土、金橙Ⅱ，天津市光復化工研究所；殼聚糖，國藥集團化學試劑有限公司；醋酸，國藥集團化學試劑有限公司；水為超純水。

儀器：T722型可見分光光度計，上海精密科學儀器公司；CP224C電子天平，奧豪斯(上海)儀器有限公司；SHA-CS往復恒溫振蕩器，江蘇金壇儀器有限公司；TDL-40B臺式離心機，上海安亭科學儀器廠；80目土壤篩，杭州富強化工有限公司。

1.2 實驗方法

將硅藻土與殼聚糖溶液放入燒杯中，用玻璃棒不斷攪拌，混勻，于烘箱中100 ℃烘干。烘干后的硅藻土于研缽中研磨，過80目(178 μm)篩。取一定量的金橙Ⅱ溶液于錐形瓶中，加入一定量的改性硅藻土，根據不同吸附要求改變吸附條件，進行吸附實驗。一定時間后，離心，取上清液測其吸光度，按式(1)計算吸附率。

(1)

式中：C0為金橙Ⅱ初始質量濃度，mg/L；C為吸附后金橙Ⅱ質量濃度，mg/L。

2 結果與討論

2.1 確定殼聚糖的最優用量

取5份70 mL金橙Ⅱ溶液于錐形瓶中，分別加入1 g殼聚糖和用量不同的改性硅藻土，結果見圖1。當殼聚糖與硅藻土的質量比為1∶10時，吸附效果最好，吸附率可達到70%以上。這是由于，殼聚糖具有一定的比表面積，兩者結合增大了硅藻土吸附的比表面積，從而使其吸附率增加。但是，由于硅藻土表面疏松多孔，過多的殼聚糖包裹在硅藻土表面，會使硅藻土的空隙堵塞。因此，殼聚糖用量繼續增加，導致吸附率降低。

圖1 不同比例殼聚糖與硅藻土對金橙Ⅱ吸附率的影響

2.2 改性硅藻土吸附金橙Ⅱ的影響因素

2.2.1 改性硅藻土用量的影響

通過改變硅藻土用量，探究改性硅藻土用量對改性硅藻土吸附金橙Ⅱ的影響，結果見圖2。隨著改性硅藻土用量的增加，吸附點位增加，能夠吸附更多的金橙Ⅱ，使得吸附率增加。當改性硅藻土用量繼續增加時，吸附率降低。這是由于，改性硅藻土量多，互相凝聚在一起，結成小塊在其表面，從而使其吸附效果降低[11]。因此，改性硅藻土的最佳用量為5 g。

圖2 改性硅藻土用量對吸附的影響

2.2.2 金橙Ⅱ溶液初始pH值的影響

圖3 金橙Ⅱ溶液初始pH值對吸附的影響

2.2.3 反應溫度的影響

圖4 溫度對吸附的影響

2.3 改性硅藻土吸附金橙Ⅱ的吸附性能研究

2.3.1 動力學研究

吸附速度有快有慢，通常對操作和選型起著決定性作用?？斓奈剿俣龋梢蕴岣呶叫剩澕s運營成本，節省時間。將上述所得的實驗結果用偽一階和偽二階動力學方程進行擬合分析，結果見第16頁表1。

表1 改性硅藻土吸附金橙Ⅱ的擬合結果

由表1可知，偽二階動力學方程擬合的相關系數R2=0.9998、k2=0.746。當殼聚糖改性硅藻土吸附金橙Ⅱ時，在其他影響因素一定的情況下，可能只受染料濃度的大小或殼聚糖改性硅藻土上活性位點多少的影響。因此，偽二階比偽一階能更好地說明改性硅藻土對金橙Ⅱ的吸附機制。

2.3.2 熱力學研究

本文選用Freundlich和Langmuir 2種吸附模型進行熱力學研究，擬合結果見表2。

表2 改性硅藻土吸附金橙Ⅱ等溫吸附線的擬合結果

由表2可知，Langmuir吸附等溫線方程擬合的回歸系數R2=0.9909，大于Freundlich吸附等溫線方程擬合的回歸系數，因此，Langmuir吸附等溫模型更適合描述改性硅藻土對金橙Ⅱ的吸附效果。說明殼聚糖改性硅藻土吸附金橙Ⅱ是單分子層吸附。

3 結論

1) 殼聚糖改性硅藻土吸附金橙Ⅱ染料溶液時，殼聚糖與硅藻土的最佳質量比為1∶10。

2) 當金橙Ⅱ染料溶液的質量濃度為50 mg/L、溫度為50 ℃、pH=5、改性硅藻土的投加量是5 g時，改性硅藻土的吸附效果最佳，吸附率達到88.98%。

3) 殼聚糖改性硅藻土對金橙Ⅱ的吸附符合Langmuir吸附等溫線方程和偽二階模型。

[1] 溫玲寧，李剛，都林娜.染料廢水污染現狀及處理方法研究進展[J].浙江農業科學,2014(2):264-269.

[2] 張丹丹.厭氧污泥吸附水解染料廢水研究[D].北京:中國礦業大學,2014.

[3] Zhang Y Z,Li J,Li W J,et al.Adsorption of sunset yellow FCF from aqueous solution by chitosan-modified diatomite[J].Water science and technology,2015,72(10):1861.

[4] 黃健盛，谷晉川，南艷麗，等.廢水處理中硅藻土的應用[J].礦業快報,2006(10):37-40.

[5] Sibel Zor.Investigation of the adsorption of anionic surfactants at different pH values by means of active carbon and the kinetics of adsorption[J].Journal of the Serbian Chemical Society,2004,69(1):25-32.

[6] 任書平.殼聚糖混合改性硅藻土去磷除藻研究[D].長沙:湖南大學,2010.

[7] 張偉麗.硅藻土復合改性及其對Cd2+、Mn2+吸附研究[D].長沙:中南林業科技大學,2014.

[8] Tavares A,Costa A,Rocha F,et al.Absorbent materials in waterproofing barriers,analysis of the role of diatomaceous earth[J].Construction and Building Materials,2016,102:125-132.

[9] 張琳，牟佩瑤，張文啟，等.硅藻土負載殼聚糖對含Cr(Ⅵ)廢水吸附處理效能[J].上海工程技術大學學報,2012,26(4):310-314.

[10]矯娜，王東升，段晉明，等.改性硅藻土對三種有機染料的吸附作用研究[J].環境科學學報,2012,32(6):1364-1369.

[11]劉文馨，宋雪，李輝容.殼聚糖負載硅藻土對品紅染料的吸附性能[J].廣東化工,2015,42(20):61-62.

[12]龔真萍.殼聚糖改性硅藻土對酸性染料廢水的處理效果[J].毛紡科技,2016,44(9):31-35.

Study on adsorption of golden orange Ⅱ onto modified diatomite

LI Zhenzhen

(Environmental and Safety Engineering, Taiyuan Institute of Technology, Taiyuan Shanxi 030008, China)

The diatomite, which modified by chitosan, is chosen as absorbent for dyes wastewater golden orange Ⅱ. The optimum adsorption conditions by changing the influencing factors, kinetics and thermodynamics are studied. The results show that the optimum adsorption conditions are listed as followed. The proportion of chitosan and diatomite was 1∶10, pH=5, adsorption time was 120 minutes, quantity of modified diatomite was 5 g, and temperature was 50 ℃. The best removal rate was 88.98%. The adsorption of golden orange Ⅱ by diatomite modified is conformed to the Langmuir adsorption isotherm equation and pseudo second order model.

diatomite; chitosan; golden orange Ⅱ; adsorption

2017-02-21

李鎮鎮，男，1987年出生，2014年畢業于湖南大學，碩士研究生，助教。研究方向：固廢資源化、環境污染與控制。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.02.05

X703

A

1004-7050(2017)02-0014-03

科研與開發