水污染治理：改性鋼渣吸附處理苯胺廢水性能綜述

高瑾

摘? 要：文章采用恒溫振蕩的方法，研究了以溴化十六烷基三甲基銨（CTMAB）為改性劑制備的改性鋼渣對水中苯胺吸附性能和影響因素。實驗結果表明，在鋼渣粒徑為80-120目、改性劑（CTMAB）濃度為3%、鋼渣：CTMAB=1：4、pH=8.0、苯胺濃度在500mg/L以內、吸附時間為120min時去除率約為73%;并且改性鋼渣對鋼渣的吸附量隨溫度及pH升高有所增大;改性鋼渣對苯胺的吸附規律較好的符合Langmuir吸附等溫式。

關鍵詞：鋼渣;改性;溴化十六烷基三甲基銨;吸附;苯胺

中圖分類號：X703? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）22-0074-02

Abstract： In this paper， the adsorption properties and influencing factors of aniline in water by modified steel slag prepared with cetyltrimethylammonium bromide （CTMAB） as modifier were studied by means of constant temperature oscillation. The experimental results show that when the particle size of steel slag is 80-120mesh， the concentration of modifier （CTMAB） is 3%， the removal rate of steel slag： CTMAB = 1：4， pH=8.0， the concentration of aniline is within 500mg/L， the adsorption time is 120 min， and the removal rate is about 73%; besides， the adsorption capacity of modified steel slag to steel slag increases with the increase of temperature and pH; the adsorption law of modified steel slag for aniline accords with Langmuir adsorption isotherm.

Keywords： steel slag; modification; cetyltrimethylammonium bromide; adsorption; aniline

苯胺類化合物是芳香胺類最有代表性的物質，是環境監測的一項重要對象。目前國內外治理此類廢水的方法主要有化學氧化法、生物法、吸附法、電化學法等[1-2]，其中吸附法是最簡單有效的方法。

鋼渣由于含有一定的金屬成分和空隙結構，并且生態風險小，與其它吸附材料相比，鋼渣還具有密度大，在水中的沉降速度大，易于固液分離等優點， 而且作為鋼鐵企業廢棄物來源廣泛，所以近年來被廣泛用作廢水處理的吸附劑。鋼渣作為吸附劑目前主要表現在對吸附重金屬和染料廢水的脫色方面[4-6]，對于處理有機污染物還鮮有報道，且一般鋼渣吸附容量較低，為提高其吸附容量，本文利用溴化十六烷基三甲基銨（CTMAB）作為改性劑對鋼渣進行改性并用來吸附處理苯胺廢水，不僅可以廢物利用，而且廉價易得，對提高鋼渣的利用效率，減少其危害有重大的現實意義。

1 實驗部分

1.1 實驗材料及儀器

鋼渣（四川某鋼鐵廠），主要化學成分為：CaO 32.73%，Fe2O3 38.83%，Al2O3 0.18%，SiO2 12.33%，MnO 3.29%，MgO 10%，其他2.64%。用溴化十六烷基三甲基銨（CTMAB）改性制得改性鋼渣。苯胺溶液，配制1g/L作為標準溶液備用。溶液的pH值（pHS-3C型酸度計）用HCl和NaOH溶液調節。

1.2 實驗方法

1.2.1 改性鋼渣吸附劑的制備

鋼渣在105℃下烘干至恒重（DHG-9070A型恒溫鼓風干燥箱），用破碎機（PE-40×80-F防塵微型鄂式破碎機）破碎后過篩，得到不同粒徑鋼渣，按不同的固液比分別加入不同濃度的CTMAB溶液，攪拌一定時間后用去離子水洗滌數次直至無溴離子（用AgNO3 溶液測試），烘干、篩分改性鋼渣至原粒徑備用[7]。

1.2.2 吸附實驗

稱取一定質量不同粒徑的上述改性鋼渣于250mL錐形瓶中，加入100mL不同濃度的苯胺溶液，在恒溫振蕩器上振蕩每隔一定時間取樣過濾，采用萘乙二胺偶氮光度法[8]測定（721E型可見計）計算苯胺去除率和吸附容量。

2 實驗結果與討論

2.1 鋼渣與CTMAB固液比對吸附量的影響

稱取一定量的80-120目、鋼渣與1%的CTMAB按1：1、1：2、1：4、1：5、1：10比例改性24h的改性鋼渣10g于250mL錐形瓶中，分別加入100mL 50mg/L的苯胺溶液，在25℃恒溫振蕩器中以200r/min速度振蕩吸附3h，實驗結果如圖1。

從圖1中可知，固液比對吸附有相對較大的影響。固定改性劑的濃度及改性時間，在鋼渣：CTMAB≤1：4時，吸附量隨著固液比增大而增加;當兩者比例達到1：4時，吸附容量增加到0.263mg/g，去除率達到了52.6%，再增加CTMAB量，吸附容量增加幅度較小，故本文選擇最佳固液比為1：4。

2.2 鋼渣顆粒粒徑大小對吸附量的影響

分別稱取各10g 20-40目、40-80目、80-120目、120-180目，鋼渣：CTMAB（3%）=1：4改性9h的改性鋼渣于250mL錐形瓶中，分別加入100mL 50mg/L的苯胺溶液，在25℃恒溫振蕩器中以200r/min速度振蕩吸附，實驗結果如圖2。

從圖中可以看出，苯胺吸附量隨著鋼渣粒徑的減小而增加，粒徑120-180目的鋼渣平衡吸附量和去除率分別為0.285mg/g、57%，明顯大于粒徑20-40目0.227mg/g、45%;粒徑不同的同種鋼渣吸附平衡時間基本都為120min; 但粒徑越小， 在相同的吸附時間內平衡吸附量越大。粒度越小，吸附劑的比表面積越大，吸附劑與吸附質接觸的機會增加，對吸附越有利，考慮到破碎所需能耗和回收時便于固液分離，后續實驗中鋼渣粒徑選擇80-120目。

2.3 等溫吸附方程

對于溶液吸附，其吸附等溫模型一般有Langmuir 和Freundlich 兩種，Langmuir 方程的線性方程形式如下：

Freundlich模型的對數方程如下：

為探討鋼渣吸附苯胺的等溫方程，考察了25℃條件下，10g 80-120目、鋼渣：CTMAB（3%）=1：4改性9h的改性鋼渣做吸附劑，分別吸附100mL濃度分別為50mg/L，100mg/L，150mg/L、200mg/L，300mg/L，400mg/L，500mg/L的苯胺吸附容量。

將實驗數據處理后分別進行Langmuir 型和Freundlich 型的線性擬合，從吸附等溫線的擬合情況來看， Langmuir 型的線性（R2=0.9998）要好于Freundlich型的線性（R2=0.9667），說明鋼渣對苯胺的吸附更遵循Langmuir型等溫線，鋼渣與苯胺之間主要通過單分子層的表面吸附為主。

3 結論

（1）經過溴化十六烷基三甲基銨（CTMAB）改性的改性鋼渣對苯胺有很明顯的吸附效果，當鋼渣粒徑為80-120目、鋼渣：CTMAB=1：4、CTMAB濃度為3%、改性9h后吸附容量達到了0.307mg/g，相對的去除率為61%。

（2）在一定的范圍內，改性鋼渣對苯胺的吸附容量隨苯胺初始濃度升高而增大，吸附平衡時間為120min。

（3）pH對改性鋼渣吸附廢水中苯胺有較大的影響，室溫時弱堿性條件下比酸性條件下去除率高，在pH=8時達到了74%的去除率。

（4）改性鋼渣對苯胺的吸附規律很好的符合Langmuir，相關系數分別為0.9998。

參考文獻：

[1]黎風嬌，趙海軍，王尚德.工業苯胺廢水的處理[J].精細化工中間體，2002，32（1）：42-43.

[2]朱兆連，李愛民，陳金龍，等.芳香胺廢水治理技術研究進展[J].工業安全與環保，2008，34（1）：4-5.

[3]劉盛余，馬少健，高謹，等.鋼渣吸附劑吸附機理的研究[J].環境工程學報，2008，2（1）：115-119.

[4]劉盛余，馬少健，葉芝祥，等.鋼渣吸附Pb2+的動力學研究[J].化工環保，2007，27（3）：214-218.

[5]謝復青.改性鋼渣處理亞甲基藍染料廢水研究[J].針織工業，2006（1）：68-70.

[6]曹明禮，張明，劉世珍.有機膨潤土制備及其對水溶液中苯胺吸附作用的研究[J].非金屬礦，2003，26（1）：52-53.

[7]國家環保局和廢水檢測分析方法編委會.水和廢水監測分析方法（第4版）[M].北京：中國環境科學出版社，2002.