改性伊利石對(duì)活性紅KD-8B的吸附研究

王秀平，黃曉東，陳小丹，邱 彬

(1.福州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，福建 福州 350108；2.閩江學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程系，福建 福州 350108)

隨著我國(guó)紡織行業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的染料廢水排放到水體環(huán)境中，破壞了自然水體。目前染料廢水的處理方法主要有：絮凝法[1]，吸附法[2-3]，氧化法(化學(xué)氧化[4]，光催化法[5]，微波協(xié)同法[6])，膜法[7-8]等。考慮到處理的成本與效果，吸附法為首選方法。

伊利石是一種富鉀、高鋁的層狀含水硅酸鹽類礦物，具有比表面大、離子交換能力強(qiáng)等性質(zhì), 因而可用于環(huán)境污染物的吸附。目前伊利石吸附處理環(huán)境污染物主要有：金屬陽(yáng)離子[9]、苯酚[10]等。但未見(jiàn)伊利石吸附染料的報(bào)道。本文采用殼聚糖改性伊利石，制備新型改性伊利石吸附劑，研究其對(duì)陰離子染料活性紅KD-8B的吸附性能。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

活性紅KD-8B(上海浦東化中染化有限公司)，伊利石(河南中和礦業(yè)有限公司)，殼聚糖(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，試驗(yàn)中所用溶液均用超純水配制。

1.2 試驗(yàn)儀器

微型植物粉碎機(jī)(天津市泰斯特儀器有限公司)，電熱恒風(fēng)鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)，SHA-C型水浴振蕩器(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)，UV-2550數(shù)顯紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(日本島津公司)。

1.3 伊利石負(fù)載殼聚糖的制備

在600mL燒杯中加入5%冰乙酸100mL，稱取(0.3～1.7g)殼聚糖，邊快速攪拌溶液邊緩慢的加入殼聚糖，攪拌直到得到透明、無(wú)硬塊的殼聚糖溶液。再將10g的伊利石緩慢加入殼聚糖溶液中，攪拌至充分浸潤(rùn)后再攪拌20min。加入6mol/L NaOH溶液，調(diào)節(jié)pH值＝10左右，得到凝聚物。用去離子水洗滌糊狀物至濾液成為中性，過(guò)濾，洗滌，烘干，即得不同殼聚糖負(fù)載量的伊利石吸附劑。

1.4 靜態(tài)吸附試驗(yàn)

稱取一定質(zhì)量的改性伊利石于250mL具塞錐形瓶中，加入25mL不同濃度的活性紅KD-8B模擬廢水，振蕩一定時(shí)間后離心分離，在最大波長(zhǎng)524.5nm處用分光光度計(jì)分析濾液中剩余活性紅KD-8B的濃度，計(jì)算吸附平衡容量qe和去除率R，公式如下：

式中：qe為平衡吸附容量(mg/g)；C0和Ce為活性紅K D-8 B初始質(zhì)量濃度和吸附平衡后的質(zhì)量濃度(mg/L)；V為活性紅KD-8B的體積(mL)；m為改性伊利石的質(zhì)量質(zhì)量(g)；R為去除率(%)。

2 結(jié)果與討論

2.1 殼聚糖負(fù)載量的影響

稱取負(fù)載量為0.3～1.7g，吸附劑0.3g，于250 m L錐形瓶中，加入600 m g/L活性紅K D-8 B 25mL，按靜態(tài)吸附試驗(yàn)方法，考察殼聚糖負(fù)載量對(duì)活性紅KD-8B去除率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 殼聚糖負(fù)載量的影響

由圖1可知，隨著殼聚糖負(fù)載量的增大，去除率不斷增大，當(dāng)負(fù)載量為1.3g時(shí)，去除率達(dá)到最大值，負(fù)載量繼續(xù)增大對(duì)去除率影響不大。這是因?yàn)榈拓?fù)載量時(shí)，伊利石表面未被殼聚糖充分覆蓋，伊利石表面負(fù)電荷與活性紅KD-8B分子中陰離子-SO32-基團(tuán)產(chǎn)生靜電相斥，吸附量小，去除率低，隨著殼聚糖負(fù)載量增高，伊利石表面負(fù)電荷逐漸減少，而殼聚糖上-NH3+逐漸增加，因而對(duì)吸附有利。因此，殼聚糖負(fù)載量選為1.3g。

2.2 初始pH值對(duì)吸附的影響

稱取改性伊利石0.3g于250mL具塞錐形瓶中，加入不同pH值(用0.1mol/L HCl和0.1mol/L NaOH調(diào)節(jié)溶液)250mg/L活性紅KD-8B 25mL。按靜態(tài)吸附試驗(yàn)方法，考察初始pH值對(duì)吸附的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 初始pH值對(duì)吸附的影響

由圖2可知，在酸性條件下吸附量較大，pH值＝5時(shí)，去除率最大。這是因?yàn)樗嵝詶l件下，活性紅KD-8D上的-SO32-與殼聚糖上的-NH3+靜電相吸,有利于吸附的進(jìn)行；但當(dāng)酸性過(guò)強(qiáng)，去除率下降明顯，這可能是因?yàn)樵趶?qiáng)酸性條件下，殼聚糖產(chǎn)生酸溶解現(xiàn)象，不利于吸附的進(jìn)行。因此，初始pH值＝5為最佳吸附條件。

2.3 吸附劑用量的影響

吸附劑用量的影響如圖3所示。

圖3 吸附劑用量的影響

由圖3可知，隨著吸附劑量的增加，去除率不斷增加，當(dāng)吸附劑量為0.6g時(shí)，去除率趨于穩(wěn)定，為了節(jié)約吸附劑，后續(xù)試驗(yàn)選擇吸附劑量為0.6g。

2.4 吸附動(dòng)力學(xué)

按靜態(tài)吸附試驗(yàn)方法，考察不同起始濃度的活性紅KD-8D在不同時(shí)間吸附效果，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 吸附的動(dòng)力學(xué)曲線

由圖4可知，初始吸附速率很快，在0～30min內(nèi)，吸附速率增加很快，隨后增加緩慢，120min后達(dá)到平衡。

吸附動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)通?？煞謩e用準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程(3)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程(4)擬合。

式中：k1為準(zhǔn)一級(jí)速率常數(shù)(min)；k2為準(zhǔn)二級(jí)速率常數(shù)(g/mg·min)；qt和qe分別為時(shí)間t 和平衡時(shí)的吸附量(mg/g)。

準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程參數(shù)見(jiàn)表1。由表1可知，準(zhǔn)二級(jí)方程的相關(guān)系數(shù)高于準(zhǔn)一級(jí)方程的相關(guān)系數(shù)，且準(zhǔn)二級(jí)方程qe值與試驗(yàn)值較為接近，這表明吸附動(dòng)力學(xué)符合二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。

表1 準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程參數(shù)

2.5 吸附等溫線線性模型

圖5為不同溫度的吸附等溫線，對(duì)吸附平衡數(shù)據(jù)可分別用Langmuir方程(5)和Freundlich方程(6)進(jìn)行擬合。

圖5 不同起始濃度的吸附等溫線

式中：Ce為活性紅KD-8B的平衡濃度(mg/L)；qe為改性伊利石的平衡吸附量 (mg/L)；qm為改性伊利石的飽和吸附量(mg/g)；b為L(zhǎng)angmuir常數(shù)(L/mg)；K、n為Freundlich參數(shù)。

Langmuir和Freundlich吸附等溫式的擬合參數(shù)見(jiàn)表2。由表2可知，Langmuir方程擬合優(yōu)于Freundlich方程。qm與b隨著溫度升高而增大，說(shuō)明該吸附過(guò)程為吸熱過(guò)程。

表2 不同起始濃度的吸附等溫線模型參數(shù)

3 結(jié)論

伊利石經(jīng)殼聚糖改性后，在溶液pH值＝5、殼聚糖負(fù)載量為1.3g、吸附劑用量為0.6g時(shí)，活性紅KD-8B去除率可達(dá)92.7%。吸附過(guò)程動(dòng)力學(xué)方程符合準(zhǔn)二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，吸附等溫線用Langmuir方程的擬合效果優(yōu)于Freundlich方程擬合效果。

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