各種吸附材料對亞甲基藍廢水處理的研究

孫蘭梅,孫宇明，李明陽，宇秉勇，劉長睿，吳軍亮，郭兆壽，劉 熠*

(1.沈陽化工研究院設計工程有限公司，遼寧 沈陽 110021；2.沈陽化工研究院有限公司，遼寧 沈陽110021)

亞甲基藍(MB)屬于典型的陽離子染料[1-2],廣泛應用于印染、染色，環境治理和監測領域。由于亞甲基藍廢水有機物含量高、色度深、堿性大、水質變化大、生物毒性大，成為較難處理的染料廢水之一[3]。

目前,對亞甲基藍廢水的主要處理方法有吸附法、化學氧化法、生物處理法、絮凝沉淀法、光催化法和電解法等。吸附法屬于物化處理技術，在廢水處理中占有很大比例，吸附法以其能夠選擇性地富集某些化合物的物性在廢水處理領域有著特殊的地位。在染料廢水處理方面，吸附法因其獨有的優勢備受人們的青睞[4]。目前有關吸附法應用于亞甲基藍廢水處理的研究報道很多。吸附是指用多孔固體(吸附劑)將流體(氣體或液體)混合物中一種或多種組分積聚或凝縮在表面進而達到分離的目的。迄今為止,工業上使用較多的吸附劑是活性炭、離子交換樹脂等，吸附特點和效果各有不同。隨著吸附處理技術研究的深入，各種吸附劑不斷被引入，為印染廢水的治理起到了越來越大的作用。

1 活性炭吸附

活性炭是一種含炭材料制成的外觀呈黑色,內部孔隙結構發達、比表面積大、吸附能力強的一類微晶質碳素材料。活性炭是最早應用也是迄今為止最優良的吸附劑，是目前廢水處理普遍采用的吸附劑。活性炭有非常發達的微孔結構和較高的比表面積，具有較強的物理吸附能力；同時活性炭的表面存在大量的含氧基團等，有較強的化學吸附能力。活性炭作為吸附劑不但吸附能力強，而且吸附容量大[5-6]。Emad等[7]使用不同種活性炭，對堿性染料亞甲藍藍MB,堿性紅BR和堿性黃BY廢水進行了吸附研究，結果表明，在pH值=11，顆粒小于106μm時，活性炭吸附效果好，吸附容量順序為：MB

2 廢棄物吸附

研究發現，自然界中的農作物或農產品的廢棄物具有潛在的吸附性能，且價格低廉，來源廣泛,因此在廢水處理方面越來越受到人們的關注。

張仕偉等[9]用外墻保溫板殘料制備活性炭處理含亞甲基藍廢水，研究了亞甲基藍在自制活性炭上的吸附模型和最大吸附量。結果表明：在650℃活化溫度，30mg/h的水蒸氣流量，活化30min制備的活性炭對亞甲基藍的定溫吸附符合Freundlich定溫吸附模型，吸附以物理吸附為主，最大吸附量為544.57mg/g。宋娟娟[10]等用低值廉價的橘子皮作為吸附劑，對染料廢水中的亞甲基藍進行吸附，探討了吸附平衡時間、溶液pH、染料濃度、橘子皮吸附劑的添加量對亞甲基藍吸附的影響，結果表明：橘子皮生物吸附劑對亞甲基藍的吸附所需平衡時間為1h，在pH值=10的條件下，亞甲基藍的的初始濃度為400mg/L，橘子皮用量1g時，橘子皮對亞甲基藍的吸附率可達到90.55%，吸附量最大為45.3mg/g，等溫吸附線符合Langmuir模式，該吸附過程符合二級動力模型。范嘉園等[11]采用農業副產品玉米芯吸附處理藍色亞甲基藍，在一定影響因素基礎上，利用正交實驗優化了吸附反應的最佳條件。在玉米芯粒徑28～40目，溶液pH值=3，亞甲基藍初始濃度100mg/L，料液比為1.5g∶20mL，吸附溫度50℃，超聲波攪拌20min時，玉米芯對亞甲基藍去除率達99.137%。

3 生物質炭吸附

生物質炭是指將生物質(如木屑、稻殼、板栗殼、煤、甘蔗葉和梧桐等)通過一定的加工、化學反應生成的炭。利用這些生物質炭制備的活性炭，不僅降低了活性炭的制備成本，還達到了以廢治廢的目的。

趙小紅等[12]以竹子為原料，采用氯化鋅法制備活性炭，結果表明經過改性的活性炭對甲基藍的脫色率比改性前提高了28.9%。王湖坤[13]等人利用 ZnCl2溶液活化法獲得核桃殼質活性炭，并研究了以亞甲基藍為模擬吸附質的吸附性能。結果表明，改良后的吸附劑可以去除高達 79%的 CODCr和100% 的色度，出水的各項水質均符合排放標準。廖欽洪[17]等人以稻殼為原料,采用K2CO3活化法和H3PO4活化法制備了比表面積為1312m2/g和682m2/g的活性炭，通過掃描電子顯微鏡(SEM)、X-射線儀(XRD)對樣品進行了表征，并將孔隙發達的活性炭樣品用于對亞甲基藍的吸附，結果表明，K2CO3活化法制備的活性炭樣品具有更多的微孔結構；隨著亞甲基藍初始濃度的增加、活性炭吸附時間的延長，亞甲基藍的去除呈現逐漸降低和逐漸增大的變化規律，當pH值為6時，活性炭對亞甲基藍的吸附效果最佳；稻殼基活性炭對亞甲基藍的吸附等溫曲線復合Langmuir模型，Qm最高可達476.2mg/g。

4 化學改性吸附劑

高玉紅[15]等分別采用堿改性、酸改性、高溫改性、超聲波改性和助溶劑改性5種方法對粉煤灰進行改性處理，研究改性后的粉煤灰對亞甲基藍廢水的吸附效果及最佳吸附條件。實驗結果表明，氫氧化鈉改性后的的粉煤灰對亞甲基藍的吸附性能最好，最佳吸附時間為60min，吸附溫度為60℃，pH值=7，NaOH改性粉煤灰對亞甲基藍的吸附過程符合Langmuir等溫方程式。雒和明[16]等以廢棄焦粉為原料,50%硝酸為改性劑,借助JSM、XPS分析測試方法表征其結構。考察了改性焦粉、焦粉對亞甲基藍吸附性能、吸附平衡等溫線、秥附幾率和活化能，用Weber-Morris曲線研究吸附機理。結果表明，硝酸改性焦粉是硝酸刻蝕焦粉表面增加孔結構，增大表面積、表面氧化形成較為豐富含氧功能組的過程；改性焦粉對亞甲基藍吸附性能明顯優于焦粉；改性焦粉吸附量隨亞甲基藍溶液濃度、pH的增大而增加；吸附過程符合Langmuir、Freundlich吸附等溫式；秥附幾率和活化能分別為S=0.1977、2.5635KJ/mol；該吸附過程主要為顆粒內擴散控制得物理吸附。

5 污泥活性炭吸附

康婷婷[17]等采用污泥活性炭處理亞甲基藍模擬廢水，研究了模擬廢水的初始濃度、污泥活性炭投加量、pH值、水溶液吸附時間等因素對染料廢水的脫色率和COD去除率的影響，探討污泥活性炭處理染料廢水的適宜工藝條件。實驗結果表明：隨著染料廢水初始濃度的增大，脫色率和COD去除率均表現下降趨勢；隨著污泥活性炭投加量的增加，脫色率和COD去除率效果十分明顯；隨著模擬廢水pH的增大，其脫色率基本呈現增大趨勢，而COD去除率則先增大后減小，當pH 值在7.6～7.8時，脫色率與COD去除率均出現最大值；在延長水浴時間的同時，脫色率和COD去除率均表現出較好的效果。劉亞納[18]等以剩余污泥為原料，氯化鋅為活化劑制備污泥活性炭。研究了初始pH值，吸附溫度及離子強度對污泥活性炭吸附亞甲基藍效果的影響。采用高分辨電子掃描電鏡和氮吸脫附曲線對污泥活性炭進行了表征。結果表明，隨著pH值的升高，吸附量增大，堿性條件下最好。在15～55℃的范圍內，亞甲基藍的吸附量的吸附量先增加后降低，溫度為35℃時吸附量達到最大值。加入氯化鈉后的污泥活性炭的吸附能力變弱，但隨著離子強度的增大，變弱的強度減少，污泥活性炭以中孔為主和污泥活性炭具有不規則結構，預示著污泥活性炭較高的吸附能力。

文獻中,人們對亞甲基藍廢水的吸附研究，絕大部分都是采用模擬廢水，成分單一,并未使用實際廢水,只是進行了動力學理論研究。實際的亞甲基藍廢水組成極為復雜，往往含有懸浮物，高含鹽等，需要綜合考慮，今后研究的重點應放到亞甲基藍實際廢水的應用研究。