改性累托石吸附處理染料模擬廢水的試驗(yàn)

陳 云，王營(yíng)茹，孫家壽，羅 劼，段穎姍，陳佩佩

(武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

染料廢水是一類有著一定“毒性”的高濃度有機(jī)廢水，其成分復(fù)雜，色度高，水質(zhì)變化大，難降解物質(zhì)濃度高[1]，屬于一類較難處理的有機(jī)廢水.其有效處理方法的研究早已成為全球性問(wèn)題，常規(guī)的處理方法有很多[2-5]，而吸附法較其他處理方法在處理效率、操作方法、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面均有著較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)而得到廣泛應(yīng)用[6-7].本試驗(yàn)在累托石吸附處理廢水中有機(jī)物和重金屬離子等的研究[8-11]的基礎(chǔ)上，較為系統(tǒng)地研究了改性累托石吸附處理亞甲基藍(lán)模擬染料廢水效果的影響因素，為累托石吸附處理染料廢水提供科學(xué)依據(jù).

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)用累托石、試劑和儀器

累托石由湖北名流累托石科技股份有限公司提供，其化學(xué)組成見(jiàn)表1[12].

表1 累托石的化學(xué)組成

試驗(yàn)用染料模擬廢水：試驗(yàn)中選用亞甲基藍(lán)模擬廢水，準(zhǔn)確稱取固體亞甲基藍(lán)1.000 g置于燒杯中，加入少量蒸餾水使它溶解，然后移至1 L容量瓶中定容，避光存放以備用.其他不同濃度的亞甲基藍(lán)染料廢水根據(jù)需要配制.

試驗(yàn)用試劑為市售試劑.試驗(yàn)用主要儀器有：722型可見(jiàn)分光光度計(jì)(天津市普瑞斯儀器有限公司)；TGL-16G型臺(tái)式離心機(jī)(上海市安亭科學(xué)儀器廠)；水浴恒溫振蕩器(上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠)；pHS-3C型酸度計(jì)(上海精密儀器科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn))；SX2-4-10馬弗爐(天津市中環(huán)實(shí)驗(yàn)電爐有限公司)；DHG-9075A電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海齊新科學(xué)儀器有限公司)等.

1.2 試驗(yàn)方法

a.累托石改性：累托石經(jīng)破磨后過(guò)0.074 mm(200目)篩，參考課題組的研究[13]，擬定焙燒改性，即在馬弗爐中于400 ℃下焙燒2 h，冷卻后備用.

b.吸附處理試驗(yàn)：稱量一定質(zhì)量的改性累托石加入盛有一定濃度的亞甲基藍(lán)模擬廢水的燒瓶中，密閉恒溫振蕩一定時(shí)間，取少量體積的懸浮液進(jìn)行高速離心，取上層清液測(cè)試亞甲基藍(lán)濃度.

1.3 分析方法

a.亞甲基藍(lán)的濃度分析：配制不同濃度亞甲基藍(lán)的模擬染料廢水，采用分光光度法在λ=665 nm處測(cè)定亞甲基藍(lán)的吸光度值來(lái)確定其濃度，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(見(jiàn)圖1).取離心后的清夜稀釋一定倍數(shù)，測(cè)定其吸光度Ai，參照亞甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)曲線，通過(guò)線性方程[式(1)，R2=0.999 45]：

Ci=0.185 18Ai-0.010 73

(1)

計(jì)算待測(cè)液中亞甲基藍(lán)的濃度Ci.

圖1 亞甲基藍(lán)工作曲線

b.改性累托石吸附量的計(jì)算：通過(guò)式(2)計(jì)算改性累托石的吸附量.

(2)

式(2)中Q為累托石吸附量(mg/g)；C0、Ci為吸附前后亞甲基藍(lán)質(zhì)量濃度(mg/L)；V為亞甲基藍(lán)模擬廢水體積(L)；m為改性累托石用量(g).

2 結(jié)果與討論

2.1 改性累托石用量對(duì)吸附效果的影響

固定模擬廢水初始質(zhì)量濃度為100 mg/L、攪拌時(shí)間為60 min、轉(zhuǎn)速為200 r/min時(shí)，在室溫和不改變模擬廢水pH值的條件下改變改性累托石用量為0.5、0.75、1.0、1.25、1.5 g/L廢水進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示.

圖2 改性累托石用量對(duì)吸附效果的影響

由圖2可看出，隨著改性累托石用量的增加，改性累托石對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量并不成正比關(guān)系.當(dāng)改性累托石用量為0.5 g/L廢水時(shí)，其吸附量最大達(dá)71.84 mg/g，但脫色率僅為35.92%；而用量為1.0 g/L廢水時(shí)吸附量為65.75 mg/g，脫色率達(dá)65.75%.因此綜合考慮脫色率和吸附量的大小，試驗(yàn)選取改性累托石用量為1.0 g/L.

2.2 吸附時(shí)間對(duì)吸附效果的影響

按2.1選取的試驗(yàn)條件，改變振蕩吸附時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，由圖3可知，試驗(yàn)開始前60 min，吸附效率增長(zhǎng)最快，脫色率達(dá)到50.36%，此時(shí)吸附量為50.36 mg/g，隨吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，吸附速度明顯變緩，吸附量增加緩慢，綜合考慮吸附量脫色率和吸附速度，試驗(yàn)選取吸附時(shí)間為60 min.

圖3 吸附時(shí)間對(duì)吸附效果的影響

2.3 pH對(duì)吸附效果的影響

按2.2選取的試驗(yàn)條件，改變模擬廢水pH值進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示.

圖4 模擬廢水pH對(duì)吸附效果的影響

由圖4可看出，在酸性和堿性條件下吸附效果明顯，當(dāng)pH為1時(shí)，累托石吸附量為72.23 mg/L，當(dāng)pH=10時(shí)，累托石吸附量為61.70 mg/L，而pH為6、9時(shí)，吸附量為均53.06 mg/L，此時(shí)pH與模擬廢水pH值5.86相近，從處理經(jīng)濟(jì)成本考慮，故試驗(yàn)選取不改變模擬廢水的pH值.

2.4 振蕩速度對(duì)吸附效果的影響

振蕩速度決定了吸附時(shí)的懸浮液均相性和吸附劑與吸附質(zhì)的接觸時(shí)間：振速太大，雖然溶液均相性較好，但減少了接觸時(shí)間；振速太小，雖然增大了吸附劑與吸附質(zhì)的接觸時(shí)間，但懸浮液濃度不均勻，影響吸附質(zhì)與吸附劑的接觸頻度.鑒于此，按2.3選取的試驗(yàn)條件，對(duì)不同振蕩速度對(duì)吸附效果的影響進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示.

圖5 轉(zhuǎn)速對(duì)吸附效果的影響

從圖5可看出，在振蕩速度為200 r/min時(shí)，吸附效果最好，累托石吸附量為50.9 mg/L.因此，試驗(yàn)選取振蕩速度為200 r/min.

2.5 溫度對(duì)吸附效果的影響

按2.4選取的試驗(yàn)條件，為有效說(shuō)明累托石吸附亞甲基藍(lán)的效果隨溫度變化的趨勢(shì)，在模擬廢水初始濃度分別為50、100、150、200和250 mg/L時(shí)，改變吸附處理溫度進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示.

圖6 吸附溫度對(duì)吸附效果的影響

由圖6可見(jiàn)，除在較低質(zhì)量濃度50 mg/L時(shí)，其余濃度條件下溫度對(duì)吸附效果的影響曲線均呈“S”型，在40 ℃和60 ℃時(shí)，吸附量均高于其他溫度，且在60 ℃時(shí)，各種濃度下的吸附量趨近相同，為63 mg/g.

從圖6可看出，試驗(yàn)吸附的最佳溫度為40 ℃，從處理經(jīng)濟(jì)成本考慮，試驗(yàn)中均選擇室溫20 ℃進(jìn)行試驗(yàn).

2.6 電解質(zhì)對(duì)吸附的影響

工業(yè)染料廢水中由于緩釋劑的添加，廢水中往往含有大量無(wú)機(jī)電解質(zhì)，為進(jìn)一步模擬染料廢水，分別試驗(yàn)了低濃度電解質(zhì)(Na2SO4)濃度0.005，0.01，0.05，0.1 mol/L，高濃度電解質(zhì)濃度(Na2SO4)0.5 mol/L時(shí)對(duì)累托石吸附亞甲藍(lán)的影響，結(jié)果見(jiàn)表2.

表2 不同電解質(zhì)濃度時(shí)累托石對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量

由表2中數(shù)據(jù)可以看出，低濃度的電解質(zhì)濃度(0.005～0.1 mol/L Na2SO4)時(shí)，累托石對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量并無(wú)明顯變化，基本保持在54 mg/g以上，但電解質(zhì)濃度提高到0.5 mol/L時(shí)，累托石對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量略有減小.由此說(shuō)明低濃度的電解質(zhì)對(duì)累托石吸附亞甲基藍(lán)過(guò)程并無(wú)明顯影響，而在高濃度時(shí)會(huì)對(duì)吸附過(guò)程稍有阻礙作用.

2.7 末改性累托石及改性累托石對(duì)亞甲基藍(lán)吸附處理對(duì)比試驗(yàn)

對(duì)焙燒改性前后的累托石分別進(jìn)行SEM掃面電鏡觀察其結(jié)構(gòu)，得圖7、8.

圖7 焙燒前累托石SEM

從圖7、圖8中可以對(duì)比看出，焙燒后的累托石片狀層間結(jié)構(gòu)的層間距明顯大于改性前，焙燒改性后累托石有了大量的層間空隙，比表面積明顯增大.為證明改性前后吸附性的變化，進(jìn)行如下對(duì)比試驗(yàn).

在未改性累托石和焙燒改性累托石用量都為1.0 g/L廢水、模擬廢水初始質(zhì)量濃度為100 mg/L、攪拌時(shí)間為60 min、轉(zhuǎn)速為200 r/min時(shí)，在室溫和不改變模擬廢水pH值的條件下對(duì)模擬染料廢水進(jìn)行試驗(yàn)，未改性累托石對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量?jī)H為24.75 mg/g，而焙燒改性累托石對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量可達(dá)67.1 mg/g.說(shuō)明用累托石處理亞甲基藍(lán)模擬染料廢水時(shí)，累托石的焙燒改性是非常必要的.

3 結(jié) 語(yǔ)

采用焙燒改性累托石處理染料模擬廢水，得出改性累托石吸附處理亞甲基藍(lán)模擬廢水的最優(yōu)條件為：廢水質(zhì)量濃度100 mg/L時(shí)，累托石最佳用量為1.0 g/L，最佳吸附溫度為40 ℃，有效吸附時(shí)間為1 h，最適pH為6.0，最佳攪拌速度為200 r/min；當(dāng)累托石用量為1.0 g/L廢水、模擬廢水初始質(zhì)量濃度為100 mg/L、攪拌時(shí)間為60 min、轉(zhuǎn)速為200 r/min時(shí)，在室溫和不改變模擬廢水pH值的條件下，焙燒改性累托石對(duì)模擬廢水中亞甲基藍(lán)的吸附容量為67.10 mg/g，明顯高于末改性累托石對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量24.75 mg/g；在進(jìn)一步模擬真實(shí)廢水的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，模擬染料廢水中的電解質(zhì)對(duì)改性累托石吸附亞甲基藍(lán)過(guò)程影響較小.

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