硅藻土對(duì)染料廢水的吸附性能分析

謝朝陽(yáng) 李素霞 雷思思

摘要：采用天然硅藻土處理酸性大紅染料廢水。在靜態(tài)條件下，研究了硅藻土用量、振蕩時(shí)間、溶液的pH和溫度對(duì)酸性大紅染料廢水脫色效果的影響。結(jié)果表明，在硅藻土用量60 g/L，振蕩時(shí)間60 min， pH 3，溫度20℃條件下，硅藻土對(duì)酸性大紅染料廢水的脫色率最高，達(dá)66%。

關(guān)鍵詞：硅藻土；吸附；染料廢水

中圖分類號(hào)：X788 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）08-1786-02

染料廢水是極難處理的工業(yè)廢水之一，多年來(lái)世界各國(guó)在這方面投入大量的人力、物力進(jìn)行了多項(xiàng)研究。傳統(tǒng)的染料廢水處理技術(shù)主要有物理吸附法、化學(xué)法、物化法、生化法和電化學(xué)法等[1-5]。但有色廢水中的染料毒性強(qiáng)、降解難，某些染料降解后也會(huì)產(chǎn)生致癌和有毒物質(zhì)，因此不能單純依靠生化或物化等方法，吸附法作為一種有效的手段正漸漸受到重視?；钚蕴课椒▽?duì)于去除廢水中的溶解性有機(jī)物非常有效，但其成本較高。因此近年來(lái)，利用廉價(jià)材料如粉煤灰、木屑、爐渣及礦物黏土等作為染料的吸附劑在有色污水處理中得到廣泛應(yīng)用[6]。硅藻土作為一種資源豐富的多孔天然產(chǎn)物，價(jià)格比常用的活性炭吸附材料低得多，因此，有望成為理想的染料吸附材料[7-13]。

1 材料與方法

1.1 材料

酸性大紅染料廢水，天然硅藻土。水浴恒溫振蕩器，722S可見分光光度計(jì)，電子天平，pH酸度計(jì)，微孔濾膜，錐形瓶，燒杯，容量瓶。

1.2 方法

1.2.1 硅藻土的靜態(tài)吸附試驗(yàn) 準(zhǔn)確移取100 mL的400 mg/L酸性大紅染料廢水，調(diào)節(jié)pH至一定值，加入一定量的天然硅藻土，振蕩，濾膜過(guò)濾，以去離子水為對(duì)照，在染料廢水的最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，然后計(jì)算脫色率（去除率）。脫色率（去除率）的計(jì)算公式為η=（1-A/A0）×100%，式中，A0為吸附前溶液的吸光度，A為吸附后溶液的吸光度。

1.2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 選擇硅藻土用量（A）、溫度（B）、pH（C）、振蕩時(shí)間（D）作為正交試驗(yàn)中的4個(gè)影響因素，各因素設(shè)置3個(gè)水平。正交試驗(yàn)因素與水平見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 硅藻土用量對(duì)吸附性能的影響

吸附率隨硅藻土用量的變化情況見圖1。由圖1可知，當(dāng)硅藻土投加量為20 g/L時(shí)，脫色率為41.4%；從20 g/L增加到80 g/L時(shí)，脫色率隨著投加量的增加而有所上升，從41.4%上升到60.0%；當(dāng)投加量為100 g/L時(shí)，脫色率為61.0%?？紤]到處理成本，硅藻土用量80 g/L為適宜用量。

2.2 溫度對(duì)吸附性能的影響

不同溫度時(shí)的脫色率見圖2。由圖2可知，當(dāng)溫度從20 ℃升到40 ℃時(shí)脫色率逐漸增大，溫度從40 ℃升到100 ℃時(shí)脫色率逐漸下降，脫色效果較差。40 ℃為硅藻土脫色效果最佳。以下單因子試驗(yàn)溫度設(shè)定為40 ℃。

2.3 pH對(duì)吸附性能的影響

脫色率隨pH的變化見圖3。由圖3可知，酸性環(huán)境下的脫色率比堿性環(huán)境下的脫色率好，當(dāng)pH為4時(shí)的脫色率可達(dá)69.7%。由于硅藻土表面硅羥基在水溶液中部分離解為≡Si—O-和H+ ，顯示一定的表面ζ電位，其表面ζ電位隨pH 而變化[14]。此次研究的染料為酸性大紅染料，屬陰離子型， 硅藻土顆粒表現(xiàn)出一定的負(fù)電性，在大多數(shù)pH范圍內(nèi)硅藻土表面都帶負(fù)電，但在酸性條件下，由于硅藻土表面的羥基被質(zhì)子化，帶正電。因此pH越低，硅藻土表面ζ電位越大，吸附量大。此次試驗(yàn)中在pH 4時(shí)脫色率最佳。以下單因子試驗(yàn)溶液pH調(diào)節(jié)為4。

2.4 振蕩時(shí)間對(duì)吸附性能的影響

脫色率隨振蕩時(shí)間的變化見圖4。由圖4可知，當(dāng)振蕩時(shí)間為20 min時(shí)，脫色率為51.0%；當(dāng)振蕩時(shí)間為40 min時(shí)，脫色率增大為59.0%；當(dāng)振蕩時(shí)間為60 min時(shí)，脫色率增至63.0%；當(dāng)振蕩時(shí)間為80 min時(shí)，脫色率略有增加，為68.0%；當(dāng)振蕩時(shí)間為100 min時(shí)，脫色率基本保持不變。隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，脫色率增加，原因可能是振蕩時(shí)間短時(shí)硅藻土與染料分子接觸不充分，吸附量未達(dá)到飽和；當(dāng)振蕩時(shí)間為100 min，脫色率增幅不明顯，表明振蕩時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，吸附已經(jīng)達(dá)到飽和?？紤]到節(jié)能和處理效率，故取80 min為吸附的合適振蕩時(shí)間。

2.5 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

按L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表2。根據(jù)極差分析可知，各因素對(duì)脫色率的影響為C>B>A>D，即pH的影響最大，其次是反應(yīng)溫度，然后是硅藻土的用量，最后是振蕩時(shí)間。最佳水平組合為A1B3C1D3，即硅藻土的投加量為60 g/L，振蕩時(shí)間為100 min，pH 3，反應(yīng)溫度為60 ℃。由于B1和B3、D1和D3脫色率差異不顯著，同時(shí)考慮到節(jié)能和處理效率，故將最佳水平組合修正為A1B1C1D1，在此條件下進(jìn)行試驗(yàn)，染料廢水的脫色率較佳，可達(dá)66.0%。

3 小結(jié)

從單因子試驗(yàn)可以得出，硅藻土適宜投加量為80 g/L，40 ℃為脫色最佳溫度，在pH為4時(shí)脫色率最佳，80 min為脫色的最佳振蕩時(shí)間。從正交試驗(yàn)中得出影響脫色率大小的因素依次為pH、溫度、硅藻土投加量、振蕩時(shí)間，最佳水平組合為A1B1C1D1，即當(dāng)硅藻土的投加量為60 g/L，振蕩時(shí)間為60 min，pH 3，反應(yīng)溫度為20 ℃，在此條件下進(jìn)行試驗(yàn)，染料廢水的脫色率較佳，可達(dá)66.0%。

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