即時合成銅鎂鋁水滑石處理紅青蓮染料廢水的研究

(開灤總醫(yī)院 總務(wù)科，河北 唐山 063000)

即時合成銅鎂鋁水滑石處理紅青蓮染料廢水的研究

付荔

(開灤總醫(yī)院 總務(wù)科，河北 唐山 063000)

研究了銅鎂鋁水滑石(HTLCs)及煅燒500 ℃條件下的HTLCs-500對紅青蓮染料廢水溶液的吸附性能?？疾炝宋絼┩都恿俊⒎磻?yīng)時間、初始pH值、反應(yīng)溫度對二者吸附紅青蓮染料廢水的影響。利用正交實(shí)驗(yàn)確定了HTLCs及HTLCs-500對紅青蓮染料廢水的最佳吸附條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最佳吸附條件下，HTLCs及HTLCs-500對300 mg/L紅青蓮染料廢水脫色率分別達(dá)到為92.73%和97.52%，且在較寬的pH值范圍內(nèi)二者的脫色性能穩(wěn)定，HTLCs-500對該染料的吸附效果優(yōu)于HTLCs。

即時合成；HTLCs；HTLCs -500；染料

目前，我國染料年產(chǎn)量達(dá)1.5×105t。在染料的生產(chǎn)和使用中有10%～15%的染料隨廢水排入環(huán)境[1-2]。染料廢水具有水量大、色度高、pH值高、生化需氧量高、難生物降解、多變化的特點(diǎn)[3]。處理染料廢水的常用方法有：絮凝沉淀法、吸附法、氣浮法、膜分離法、化學(xué)氧化還原降解法、生物法、光催化氧化法等[4]，但在實(shí)際運(yùn)用中存在不同程度的問題，經(jīng)濟(jì)有效地處理染料廢水仍需進(jìn)一步研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要試劑與儀器

MgCl2·6H2O、AlCl3·6H2O、NaOH、HNO3、HCl、CuCl2·2H2O，以上均為分析純。紅青蓮染料為工業(yè)級，保定某公司購買。

PHS-3C數(shù)字式酸度計、79HW-1恒溫磁力攪拌器、SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵、FA2004A電子天平、101-3AB電熱鼓風(fēng)干燥箱、722可見光分光光度計、SHH-W21電熱恒溫水浴箱、AA-6800原子吸收分光光度計、RigakuD/Max-3B X射線粉末衍射儀、Nicolet Avatar 370FT-IR傅立葉變換紅外吸收光譜儀。

1.2即時合成銅鎂鋁水滑石

配制Mg2++Cu2+與Al3+物質(zhì)的量比為2，Cu2+與Mg2++Cu2+物質(zhì)的量比為0.3的MgCl2、AlCl3的混合液、CuCl2溶液及NaOH的溶液。將MgCl2、AlCl3的混合液和NaOH溶液以1滴/s的速度滴加到CuCl2溶液中，滴加過程中伴隨強(qiáng)烈攪拌并保持pH值為11。滴加完畢將其放入恒溫水浴箱中靜止晶化1 h，然后離心分離，之后將沉淀物放入到烘箱內(nèi)，于80 ℃條件下烘干12 h，得到銅鎂鋁水滑石(HTLCs)[8]。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 煅燒實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)將HTLCs放入箱式電阻爐中500 ℃煅燒4 h，得到HTLCs -500。

1.3.2 吸附紅青蓮實(shí)驗(yàn)方法

各取50 mL模擬紅青蓮染料廢水溶液分別置于兩個100 mL燒杯中，調(diào)節(jié)相應(yīng)的pH值。分別加入一定量HTLCs及HTLCs-500粉末，控制相適應(yīng)的溫度。利用磁力攪拌器攪拌后，在3 000 r/min條件下離心分離3 min，取上清液，分別測定其吸光度。由測定的吸光度值計算出所用HTLCs吸附劑及HTLCs-500吸附劑對模擬紅青蓮廢水溶液的脫色率。

1.4脫色率的計算

用722分光光度計分別測定吸附實(shí)驗(yàn)前紅青蓮染料廢水和吸附實(shí)驗(yàn)后紅青蓮染料廢水的吸光度值，計算脫色率。計算公式如下：

F=[(A0-At)/A0]×100%

(1)

式中：F，脫色率，%；A0，吸附前紅青蓮溶液吸光度；At，吸附后紅青蓮溶液吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1.1 吸附劑投加量對脫色率的影響

分別投加不同質(zhì)量的HTLCs及HTLCs-500至50 mL濃度為300 mg/L的模擬紅青蓮染料廢水溶液中。在25 ℃條件下，強(qiáng)烈磁力攪拌30 min。反應(yīng)后，離心分離3 min。用722可見光分光光度計在波長540 nm下測定上清液吸光度值，分別計算其脫色率。投加量對脫色率的影響如圖1所示。

圖1 不同投加量對脫色率的影響

由圖1可見，紅青蓮脫色率隨著投加量迅速增加，當(dāng)HTLCs及HTLCs-500投加量分別達(dá)到3.0 g/L和2.5 g/L時，再增加投加量對脫色率提高不明顯。說明該投加量下紅青蓮染料基本被銅鎂鋁水滑石吸附完全；因此分別選擇3.0 g/L和2.5 g/L為HTLCs及HTLCs-500最佳投加量。此時脫色率分別為88.25%和91.61%。相同投加量下HTLCs-500比HTLCs對紅青蓮染料廢水的吸附效果好，且在較低投加量情況下，HTLCs-500也能達(dá)到較高的脫色效率。這是由于HTLCs經(jīng)500 ℃煅燒后，比表面積和微孔孔徑均隨之增大，表面吸附作用增強(qiáng)。且由于水滑石的“記憶效應(yīng)”，HTLCs-500層插入紅青蓮染料陰離子，增強(qiáng)了對紅青蓮染料吸附作用。故在水滑石投加量相同的條件下，HTLCs-500脫色效果明顯優(yōu)于HTLCs。

2.1.2 反應(yīng)時間對脫色率的影響

25 ℃下，分別向50 mL濃度為300 mg/L的模擬紅青蓮染料廢水溶液中投入0.05 g HTLCs及HTLCs-500。用磁力攪拌器攪拌10、20、30、40、60、90、120 min。離心分離3 min，測定不同吸附時間下紅青蓮染料廢水溶液的吸光度值，研究吸附時間對脫色效果的影響，如圖2所示。

由圖2可知，該吸附反應(yīng)均為快速反應(yīng)過程。

圖2 不同反應(yīng)時間對脫色率的影響

隨著反應(yīng)時間的增加，HTLCs及HTLCs-500充分吸附紅青蓮染料分子，脫色率也隨之增加。反應(yīng)10 min，其脫色率分別為44.61%和80.41%。在反應(yīng)時間分別為60、40 min時，HTLCs和HTLCs-500對紅青蓮染料溶液的脫色率趨于穩(wěn)定，分別達(dá)到了83.21%和90.48%。故分別選擇40、60 min為HTLCs-500和HTLCs最佳反應(yīng)時間。HTLCs-500達(dá)到吸附平衡的時間較短，速度較快，因此吸附反應(yīng)速率大于HTLCs。這說明HTLCs-500在結(jié)構(gòu)恢復(fù)過程中，吸附陰離子的速率大于HTLCs的離子交換速率。這是因?yàn)殡x子交換過程涉及到層間的孔隙擴(kuò)散，而結(jié)構(gòu)恢復(fù)是粒間擴(kuò)散與結(jié)構(gòu)重建同時進(jìn)行的[9]，故結(jié)構(gòu)恢復(fù)過程中吸附染料陰離子的速率要高于離子交換過程中吸附染料陰離子的速率。

2.1.3 反應(yīng)溫度對脫色率的影響

在25、35、45、55、65 ℃條件下，分別向50 mL濃度為300 mg/L的模擬紅青蓮染料廢水溶液中投入0.05 g HTLCs及HTLCs-500。用磁力攪拌器攪拌30 min。離心分離3 min，測定不同吸附溫度下紅青蓮染料廢水溶液的吸光度值，研究吸附溫度對脫色效果的影響。不同反應(yīng)溫度對脫色率的影響如圖3所示。

圖3 反應(yīng)溫度對脫色率的影響

由圖3可知，隨反應(yīng)溫度變化，HTLCs-500對染料廢水的脫色率明有顯變化。隨著反應(yīng)溫度t增加，HTLCs對染料脫色率逐漸增加，表明飽和吸附量上升。在溫度為45 ℃時，HTLCs對紅青蓮染料溶液的脫色率達(dá)到最大。在溫度達(dá)到45 ℃后，HTLCs的吸附量反而隨著溫度的上升而下降，這是因?yàn)榇藭r吸附作用以因化學(xué)鍵作用而形成的內(nèi)絡(luò)合層吸附為主。由于表面吸附作用為放熱反應(yīng)，隨著溫度的逐漸上升，平衡逐漸向解析方向移動，從而導(dǎo)致吸附量隨著溫度的上升略有下降。因此，溫度變化不會影響HTLCs-500去除染料廢水的脫色率，而HTLCs吸附染料廢水的最佳溫度為45 ℃。

2.1.4 pH值對脫色率的影響

25 ℃下，在50 mL濃度為300 mg/L的紅青蓮染料溶液中，用稀釋后的HCl溶液和稀釋后的NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液的酸度值，控制pH值分別在2.37～12.38內(nèi)。調(diào)節(jié)好酸度值后，分別加入0.05 g HTLCs及HTLCs-500，磁力攪振蕩30 min。在反應(yīng)完畢之后，離心分離3 min，分別測定上清液的吸光度，計算脫色率。研究溶液pH值對紅青蓮染料脫色效率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 pH值對脫色率的影響

由圖4可見，HTLCs及HTLCs-500對染料的脫色率在pH值為3～9范圍內(nèi)幾乎不變。表明在一定pH值范圍內(nèi)，吸附劑的脫色性能很穩(wěn)定。而當(dāng)染料溶液的pH值>9后，脫色率迅速減小，脫色性能變差。這是因?yàn)樵趶?qiáng)堿性條件下，堿性溶液中OH-與紅青蓮染料的陰離子產(chǎn)生了競爭性吸附，阻礙了紅青蓮的陰離子進(jìn)入HTLCs及HTLCs-500的層間。因此，要取得較好的吸附效果，HTLCs及HTLCs-500吸附反應(yīng)初始pH值應(yīng)分別控制在3～9和2～9范圍內(nèi)。

2.2正交實(shí)驗(yàn)

2.2.1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計

以pH值、吸附劑投加量、反應(yīng)時間為因素，以HTLCs及HTLCs-500對紅青蓮染料脫色率為目標(biāo)函數(shù)。選用L9(33)正交表做正交實(shí)驗(yàn)，確定HTLCs及HTLCs-500處理紅青蓮染料廢水的最佳條件。

2.2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.2.1 HTLCs正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

HTLCs正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析見表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及極差分析

由表1可知，pH值、反應(yīng)時間、吸附劑投加量對吸附紅青蓮染料有較大影響，其影響脫色率的主次關(guān)系為：吸附劑投加量>pH值>反應(yīng)時間。HTLCs的最優(yōu)吸附條件為A2B2C3，即pH值為5，反應(yīng)時間為40 min，吸附劑投加量為3.5 g/L。此時HTLCs對紅青蓮染料廢水的吸附效果最佳，脫色率達(dá)到92.73%。

2.2.2.2 HTLCs-500正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

HTLCs-500正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析見表2。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及極差分析

由表2可知，pH值、反應(yīng)時間、吸附劑投加量這三個因素對吸附紅青蓮染料廢水效果有較大影響。其影響脫色率程度為吸附劑投加量>pH值>反應(yīng)時間。HTLCs的最優(yōu)吸附條件為A2B2C3。即pH值為6，反應(yīng)時間為40 min，吸附劑投加量為3 g/L。此時吸附效果最佳，紅青蓮染料廢水脫色率為97.52%。

3 結(jié)論

①HTLCs吸附紅青蓮染料廢水的最佳條件為：pH值為5，反應(yīng)時間為40 min，吸附劑投加量為3.5 g/L。此時紅青蓮染料廢水的脫色率高達(dá)92.23%。②HTLCs-500吸附紅青蓮染料廢水的最佳條件為：pH值為6，反應(yīng)時間為40 min，吸附劑投加3 g/L。此時吸附效果最佳，紅青蓮染料廢水的脫色率高達(dá)97.52%。③HTLCs-500比HTLCs具有更高的吸附效率，對紅青蓮染料的脫色率更高。

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StudyonRedVioletDyeWastewaterTreatmentbyHTLCsWhichPreparedbyInstantSynthesisMethod

FULi

(Koiluan General Hospital,General Affair Section,Tangshan 063000,China)

The adsorption properties of HTLCs and HTLCs -500 which calcined under 500 ℃ to direct red violet dye waste water are studied.The influence of adsorbent dosing quantity,reaction time,initial pH value,reaction temperature on the adsorption direct red violet dye wastewater are researched.Through the orthogonal experiments,the best adsorption condition of HTLCs and HTLCs -500 to direct red violet dye wastewater are determined.The results showed that the best adsorption condition,HTLCs and HTLCs -500 to 80 mg/L direct red violet dye wastewater has the better adsorption performance,decoloring rate is 92.73% and 97.52%,respectively in a relatively wide pH value range the decoloring performance is stable,and HTLCs -500 of the dye adsorption effect is better than that of HTLCs.

instant synthesis；HTLCs；HTLCs -500；dye

2014-08-19

付 荔(1985-)，女，學(xué)士，從事環(huán)保與廢水處理工作，電話：15931532833。

TQ610.9

A

1003-3467(2014)11-0029-04