納米氧化鋅對(duì)有機(jī)染料廢水的吸附研究

劉興強(qiáng)　王西霞

摘 要：采用醋酸鋅和過(guò)氧化鈉為原料常溫下一步法制取納米氧化鋅。研究了納米氧化鋅對(duì)有機(jī)染料模擬廢水活性艷紅溶液的吸附行為。主要研究了吸附時(shí)間、溫度、溶液pH 值對(duì)吸附效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)吸附時(shí)間為120 min 、溫度為60℃、溶液pH 值為5時(shí)，納米氧化鋅對(duì)活性艷紅溶液的吸附效果達(dá)到了93.9% 。

關(guān)鍵詞：納米；納米氧化鋅；吸附；有機(jī)染料廢水

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.245

0 引言

近年來(lái)，由于工業(yè)的快速發(fā)展與社會(huì)生活水平的不斷提高，使得工業(yè)廢水、生活污水、農(nóng)田灌溉用水等大量排放，從而導(dǎo)致了江河湖泊等水資源污染日益嚴(yán)重，且給人類(lèi)健康帶來(lái)了巨大的潛在危害[1]。因此研發(fā)新材料來(lái)吸附與降解有機(jī)染料廢水已成為迫在眉睫的研究任務(wù)。目前，納米材料因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)受到廣泛重視并應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。納米氧化鋅是一種多功能性的新型無(wú)機(jī)材料，由于晶粒的細(xì)微化，其表面電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生了宏觀物體所不具有的表面效應(yīng)[2]、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)[3]和宏觀隧道效應(yīng)[4]以及高分散性等特點(diǎn)[5]。納米氧化鋅作為一種新型材料不僅應(yīng)用于常規(guī)的水處理中，還應(yīng)用于城市、工業(yè)等污水的處理。傳統(tǒng)的水處理方法存在著處理效率低、成本高的特點(diǎn)，而納米氧化鋅為尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相當(dāng)大的比例，且隨著粒徑的減小表面原子數(shù)迅速增加，原子配位不足加上高的表面能，使這些表面原子具有很高的活性，極不穩(wěn)定，很容易與其他原子結(jié)合，因此，納米氧化鋅具有很強(qiáng)的吸附能力，在污水的處理中起著非常重要的作用。

1 主要實(shí)驗(yàn)儀器試劑

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

DGG-9023A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、SHB-III循環(huán)水式多用真空泵、THZ-312臺(tái)式恒溫振蕩器、TDL80-2B臺(tái)式離心機(jī)、PB-10酸度計(jì)、TE124電子天平、ZWKJ-02紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)。

1.2 主要試劑

醋酸鋅、過(guò)氧化鈉、活性艷紅等。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 納米氧化鋅的制備

將醋酸鋅和過(guò)氧化鈉按物質(zhì)的量的比例為1： 3.3 進(jìn)行稱取[6]，并將其在一定蒸餾水中混合，放在溫度為25℃的磁力攪拌器上攪拌5 h 。待攪拌完成后將攪拌液用真空抽濾進(jìn)行過(guò)濾，用超純水洗3次，將固體粉末放在60℃的烘箱內(nèi)烘烤12 h 。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

向容量為50 mL的燒杯中加入初始濃度為C0的活性艷紅廢水50 mL，用0.01 mol/L的NaOH或HCL調(diào)節(jié)溶液的pH，加入質(zhì)量為0.1 g的納米氧化鋅，在頻率為150 r/min一定溫度下的水浴中振蕩吸附，振蕩后放入離心機(jī)中進(jìn)行離心分離，取出離心液在活性艷紅的最大吸收波長(zhǎng)處538 nm處測(cè)定其吸光度，通過(guò)吸光度計(jì)算出活性艷紅的濃度C，通過(guò)下式計(jì)算出吸附率（%）。吸附率（%）=（C0 - C1）/C0 ×100%

3 結(jié)果與討論

3.1 吸附時(shí)間的影響

取模擬廢水濃度為10 mg/L的活性艷紅溶液50 mL，向廢水中加入納米氧化鋅0.1g，在25℃下磁力攪拌，分別于5 min，10 min，20 min，40 min，60 min，90 min，120 min，150 min取樣進(jìn)行分析，考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)其吸附率的影響，如圖1所示。從圖 1 中可以看出，活性艷紅去除率隨著振蕩時(shí)間的不同而不同?；钚云G紅溶液去除率從0 min 到 120 min 隨著時(shí)間的增加去除率也隨之增加。但從120 min到150 min中，由于時(shí)間的增加，質(zhì)量濃度逐漸減小，使活性艷紅溶液去除率隨著時(shí)間的增加而減少。而且，120 min時(shí)的去除率與150 min 時(shí)的去除率只差0.001，因此，可以得出當(dāng)振蕩時(shí)間為120 min 時(shí)，活性艷紅溶液去除率可以達(dá)到最佳。

3.2 溫度的影響

取模擬廢水濃度為10 mg/L的活性艷紅溶液50 mL，向廢水中加入納米氧化鋅0.1g，溫度分別取15℃ ，30℃ ，50℃ ，60℃ ，75℃ ，90℃ 情況下震蕩2 h ?？疾鞙囟葘?duì)活性艷紅的去除率的影響，結(jié)果如圖2 所示。由圖 2可以看出，從15℃增加到60℃ 的過(guò)程中去除率呈現(xiàn)逐漸上升趨勢(shì)，這是因?yàn)殡S著溫度的升高，使得溶液中分子、離子的運(yùn)動(dòng)速度加快，加速了納米氧化鋅與活性艷紅溶液中分子的接觸吸附。但當(dāng)溫度從60℃ 到 90℃ 的增加的過(guò)程中，溶液中的分子、離子運(yùn)動(dòng)速度越來(lái)越快，使原本本吸附的活性艷紅分子發(fā)生解吸附，從而使得對(duì)活性艷紅的去除率降低[7]。因此，在處理 50 m L 、濃度 10 mg/L 的活性艷紅溶液時(shí)，最佳的振蕩溫度為60℃ 。

3.3 pH值的影響

取模擬廢水濃度為10 mg/L的活性艷紅溶液50 mL，向廢水中加入納米氧化鋅0.1g，調(diào)節(jié)pH分別為2 、3 、4 、5 、6 、7 、8 、9 ，溫度為60℃情況下震蕩2 h，考察不同的pH值對(duì)活性艷紅廢水去除率的影響，結(jié)果如圖3 所示。

從圖 3 可知活性艷紅處于酸性條件下脫色較快，當(dāng)pH 達(dá)到5 時(shí)，其脫色率最快。隨著pH 值的升高，活性艷紅溶液去除率呈下降趨勢(shì)。原因是脫色率與不同pH 值下活性艷紅在水溶液中的解離性有關(guān)。在不同狀態(tài)下，活性艷紅會(huì)表現(xiàn)出不同的反應(yīng)特點(diǎn)。在酸性條件下，活性艷紅結(jié)構(gòu)中的磺酸基獲得質(zhì)子后，染料的疏水性增大，使染料分子更容易擴(kuò)散到氣液界面上，增強(qiáng)了染料分子的活性，提高了吸附效率。而在堿性較高的條件下，?OH失去質(zhì)子，染料分子以鹽的形式存在，親水性增強(qiáng)，揮發(fā)度降低，使氣液界面處的染料分子質(zhì)量濃度較低，致使吸附率下降。

4 結(jié)論

本研究通過(guò)常溫下一步法制備的納米氧化鋅對(duì)模擬廢水中活性艷紅吸附效果進(jìn)行了研究，與傳統(tǒng)的去除方法相比較，具有成本低、吸附率高、經(jīng)濟(jì)、污染少、結(jié)果較準(zhǔn)確等特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明納米氧化鋅對(duì)活性艷紅具有較好的吸附效果，在吸附時(shí)間為2 h，最佳吸附溫度為60℃，pH為5時(shí)，納米氧化鋅對(duì)濃度為10mg/L的50 mL活性艷紅的吸附率達(dá)到93.9% 。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜虎生，吳南.納米氧化鋅對(duì)廢水中Cu2+、Cd2+吸附性能研究[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，31（01）：139-141.

[2]王孝華，聶明.納米氧化鋅制備的新進(jìn)展[J].化工新型材料，2011，39（03）：16-18.

[3]Cavicchi P E，Silsbee R H. Coulomb Suppression of Tunneling Rate from Small Metal Particles[J]. Phys.Rev.Lett，1984，52（16）：1453-1456.

[4]Prashant V K， Nada M D.Colloidal semiconductors as photocatalysts for solar energy conversion[J].Solar Energy， 1990，44（02）：83-98.

[5]辛顯雙，周百斌，肖芝燕等.納米氧化鋅的研究進(jìn)展[J].化學(xué)研究與應(yīng)用，2003（15）：603-605.

[6]Seungho Cho ，Ji-Wook Jang，Jungwon Kim.Three-Dimensional Type II ZnO/ZnSe Heterostructures and Their Visible Light Photocatalytic Activities[J].Langmuir 2011： 27（16）：10243-10250.

[7]陳穎，黃升謀.鋸末半焦對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附性研究[J].湖北文理學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，33（08）：43-46.

基金項(xiàng)目： 漳州自然科學(xué)基金（ZZ2013J18），福建省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目 （2015J01062） ； 福建省教育廳科技研究A 類(lèi)科技項(xiàng)目（JA13354），福建省高等學(xué)校新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃。

作者簡(jiǎn)介： 劉興強(qiáng)（1975-） ，男，湖南武岡人，博士，副教授，研究方向： 水處理技術(shù)。