利用“暖寶寶”廢渣對墨水脫色的實驗探究

張文繪

摘要：利用暖貼廢渣中鐵、碳等有效成分對純藍墨水進行了吸附脫色及類Fenton處理的實驗，探究了其處理效果及作用機理。實驗結果表明：暖貼廢渣對稀釋25倍的純藍墨水的吸附脫色率最高可達98.8%；直接對墨水進行廢渣Fenton反應和采用類Fenton法對吸附飽和的廢渣進行原位再生后再吸附均具有很好的脫色效果；經暖貼廢渣充分吸附或Fenton反應后墨水均由酸性上升到近中性。本研究實現了“以廢治廢，變廢為寶”，具有很好的社會、環境和經濟效益。

關鍵詞：暖貼廢渣；墨水；脫色；吸附；Fenton

一、選題背景

“暖寶寶”是冬天人們常用的局部取暖貼劑（圖1，又名“暖貼”）。近年來，使用暖寶寶的人群越來越多，特別是像武漢這樣“冬天比較陰冷，又基本沒有公共取暖設施”的城市，暖寶寶非常受長時間坐著學習的學生和愛美女士的歡迎。

在暖寶寶的外包裝上一般都注明其內容物中含有鐵粉、碳粉、高吸水性樹脂及鹽類等成分。鐵是一種常見的高活性的還原性物質，常被應用于污水、廢水的處理。而碳粉和高吸水性樹脂都是常用的吸附劑，被普遍應用于廢水的脫色。

暖貼被使用后，除鐵粉表面會發生氧化外，其他成分基本不會發生變化。目前，暖貼廢渣（圖2）基本上處于無人監管、無人關注、被人以一般固體廢物直接拋棄的狀態。

墨水一般是由不同顏色的染料按一定比例稀釋而成的溶液，染料在工業中應用非常廣泛，在染料的生產及使用過程中會產生色度、酸及有機物等污染，會對環境造成危害。

因此，我們想“變廢為寶”，利用暖貼廢渣中鐵、碳等有效成分對墨水進行脫色處理，探究其處理效果及作用機理。

二、材料與方法

1.試劑和材料

所有試劑的配制、樣品準備、玻璃器皿的洗滌等均采用蒸餾水。

試驗所用試劑均為分析純。過氧化氫的質量分數為30%。鐵粉為還原鐵粉，其顆粒大小約為212um。

試驗所用墨水為上海墨水廠生產的英雄牌高級純藍墨水（文具店購買）。

試驗所用暖貼廢渣來源于彩虹集團成都泉源衛生用品有限公司（超市購買），暖貼經正常使用后，剪開無紡布包裝，倒出廢渣，將廢渣經人工充分研磨后置于棕色磨口試劑瓶中備用。廢渣呈深咖啡色，其間肉眼可見少量黃褐色有玻璃光澤的亮片（應為蛭石）。

2.分析儀器與方法

（1）墨水色度的測定

墨水色度的測定按國家輕工行業標準：自來水筆用墨水第1部分：非顏料型墨水（QB/r 1745.1-2011）中色度的試驗方法執行。

采用上海光學儀器廠721型可見分光光度計進行吸光度的測定。將純藍墨水分別稀釋2000、1667、1333、1000、667和500倍，在606nm波長下測定各稀釋水樣的吸光度。稀釋1000倍時，測定的吸光度值為0.491，滿足標準中高級純藍墨水吸光度大于0.28的要求。

以稀釋1000倍為基準，1000倍與其他稀釋倍數的比值為橫坐標，吸光度值為縱坐標建立如圖3回歸曲線。該曲線的線性相關系數高達0.9966，表明該測定方法可靠。試驗中各處理水樣的色度值就以其在606nm處的吸光度值或吸光度值對應的相對稀釋比（1000倍/實際稀釋倍數）表示。

（2）pH值的測定

pH值是一項反映水的酸堿性的指標，為水中所含氫離子濃度的常用對數的負值。

采用上海雷磁儀電科學儀器股份有限公司生產的PHS-3G型pH計測定廢水的pH值，每次測定前用pH=4和pH=6.86的標準緩沖溶液進行標定。

3.試驗方法

所有試驗均為間歇批次試驗，以100mL醫用玻璃輸液瓶作為反應瓶（圖4），置于大小為30×45cm，轉速為30rpm的360°翻轉搖床（圖5）中充分混合反應。所有的試驗和分析均在室溫下（15±1℃）進行。每組試驗均重復三次，最后的結果取三次的平均值。

每組試驗的初始反應條件為：5克暖貼廢渣（或2.5克鐵粉，廢渣中鐵含量約為50%）+100mL稀釋25倍或50倍的純藍墨水，不投加或投加一定量的過氧化氫（50uL～800uL）。

反應完成后，將投加過廢渣或鐵粉的水樣于2800rpm下離心5分鐘，取上清液測定其pH值和色度。

三、結果與討論

1.暖貼廢渣吸附純藍墨水的效果

將純藍墨水分別稀釋50倍（A組）和25倍（B組），取8個反應瓶，平均分成兩組，向每個反應瓶中分別加5克廢渣和100mL水樣混合反應，分別于反應后0.5h、1h、2h和4h在A、B組中各取出一個樣，離心，取上清液測定吸光度（圖6，直接測定，未經稀釋）和pH值（圖7）。反應前后水樣顏色對比如下圖8所示。

從圖中可以看出，稀釋50倍的原水（A）經0.5小時的吸附后，色度大為降低，其去除率達到97.4%，吸附4小時后，其上清液顏色與蒸餾水相當。稀釋25倍的原水（B）經0.5小時的吸附后盡管表觀色度看上去還很明顯，但由于原水濃度比A組高一倍，測定其色度去除率達97.9%，仍比A組的對應去除率值略高，4小時后，其上清液仍顯淡淡的藍色，但其色度去除率已高達98.8%，此時，吸附基本達到飽和。