聚吡咯/凹凸棒對(duì)羅丹明B染料廢水脫色性能研究

尚秀麗，周萃文，本連芳，呼小洲

(蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 石油化學(xué)工程系，甘肅 蘭州 730060)

聚吡咯/凹凸棒對(duì)羅丹明B染料廢水脫色性能研究

尚秀麗，周萃文，本連芳，呼小洲*

(蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 石油化學(xué)工程系，甘肅 蘭州 730060)

以三氯化鐵(FeCl3)為氧化劑, 十二烷基磺酸鈉為摻雜劑，采用原位聚合法制備聚吡咯(PPy)/凹凸棒(ATP)納米復(fù)合材料。以羅丹明B(RhB)水溶液為模擬染料廢水，研究了該復(fù)合材料的吸附性能。結(jié)果表明：該吸附劑具有很高的吸附速率，當(dāng)pH值=6、吸附劑用量為5g/L、吸附時(shí)間t=10min時(shí)染料的脫色率達(dá)到94.7%。

聚吡咯；凹凸棒；染料廢水；吸附

羅丹明B是一種堿性染料，曾被大量用作食品添加劑，后因證明其致癌性，被禁止用于食品行業(yè)。但羅丹明B仍被廣泛應(yīng)用于造紙、紡織印染、皮革制造等行業(yè)[1]。這些行業(yè)產(chǎn)生的染料廢水，如若沒有妥善處理，可對(duì)人和牲畜的機(jī)體造成嚴(yán)重危害[2]。因而，尋求一種高效、經(jīng)濟(jì)的羅丹明B染料廢水處理方法顯得十分重要。

處理印染廢水方法很多,各種方法處理效果有所不同。吸附法以其操作簡單、實(shí)用、二次污染小等特點(diǎn)備受人們的關(guān)注[3-4]。工業(yè)上常用的吸附劑有活性炭、硅藻土、凹凸棒、殼聚糖等, 但這些吸附劑普遍存在吸附效果欠佳, 吸附時(shí)間過長的缺陷[5]。聚吡咯是一種雜環(huán)共軛型的導(dǎo)電高分子材料，具有很高的表面能，因其所含的大量亞氨基，對(duì)一些離子具有良好的絡(luò)合作用[6]。本實(shí)驗(yàn)通過化學(xué)原位聚合法合成具有大比表面積、高吸附性能的納米復(fù)合材料-聚吡咯/凹凸棒，并以羅丹明B為目標(biāo)污染物，探討了吸附工藝參數(shù)如吸附劑的用量、pH值、吸附時(shí)間和攪拌速率對(duì)高濃度羅丹明B廢水脫色率的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

試劑：吡咯，分析純，使用前在氮?dú)獗Ｗo(hù)下減壓蒸餾并存儲(chǔ)在4℃的冰箱中；凹凸棒，江蘇盱眙，使用前在120℃的烘箱中烘干并研磨；其他試劑均為分析純，使用前不需做任何處理；實(shí)驗(yàn)中所有溶液均用去離子水配制。

儀器：紫外分光光度計(jì)(UV-1801)，恒溫水浴振蕩儀(SHA-BA)，酸度計(jì)(PHS-3C)

1.2 聚吡咯/凹凸棒納米復(fù)合材料的制備

將凹凸棒、吡咯、十二烷基磺酸鈉按一定比例加入500mL的碘量瓶中，在磁力攪拌下逐滴加入一定濃度的FeCl3溶液，冰浴中反應(yīng)6h后,抽濾，并用去離子水洗滌直至濾液無色，將濾餅于60 ℃烘箱中干燥，研磨得到黑色PPy/ATP納米復(fù)合材料。

1.3 吸附實(shí)驗(yàn)

取一定濃度的RhB染料廢水200mL，用HCl和NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值，加入一定質(zhì)量的PPy/ATP納米復(fù)合材料，磁力攪拌40min后取上清液,在特征吸收波長(554nm)下測定溶液的吸光度值，詳細(xì)的工藝流程如圖1所示。根據(jù)吸光度值計(jì)算溶液的脫色率，公式如下：

脫色率=(1-At/A0) ×100%

式中，A0為初始吸光度，At為在反應(yīng)t時(shí)間的吸光度。

圖1 羅丹明B染料廢水處理工藝流程

2 結(jié)果與討論

2.1 吸附劑用量對(duì)脫色率的影響

在RhB的初始濃度為400mg/L、吸附溫度為25℃、吸附時(shí)間為20min的條件下，考察了PPy/ATP納米復(fù)合材料投加量對(duì)RhB吸附效果的影響,如圖2所示。由圖可見，隨著PPy/ATP用量的增加，吸附位點(diǎn)的數(shù)量增加，因此RhB染料的脫色率不斷增大，當(dāng)PPy/ATP的用量達(dá)到5g/L時(shí)，吸附達(dá)到飽和，染料的脫色率為95.6%。吸附劑用量大于5g/L，染料的脫色率并無明顯增長。

圖2 吸附劑用量對(duì)脫色率的影響

2.2 pH值對(duì)脫色率的影響

在RhB的初始濃度為400mg/L、吸附溫度為25℃、吸附時(shí)間為20min、吸附劑用量為5g/L的條件下，考察了pH值對(duì)RhB吸附效果的影響,如圖3所示。從圖3可以看出，隨著pH值的增大，PPy/ATP納米復(fù)合材料對(duì)RhB的吸附能力逐漸增大，在pH值 = 6 時(shí)達(dá)到最佳，之后迅速下降。

這主要是因?yàn)樵趬A性溶液中大量存在的OH-和羅丹明B染料分子在復(fù)合材料表面存在競爭吸附, OH-進(jìn)入聚吡咯的基體后不容易釋放, 從而使PPy/ATP復(fù)合材料的吸附率下降。

圖3 pH值對(duì)染料脫色率的影響

2.3 吸附時(shí)間對(duì)脫色率的影響

圖4 吸附時(shí)間對(duì)脫色率的影響

在染料廢水RhB的濃度為400mg/L，pH值=6, 吸附溫度為25℃, 吸附劑用量為5g/L的條件下，考察吸附時(shí)間對(duì)染料脫色率的影響，如圖4所示。從圖可以看出，復(fù)合吸附劑在1min內(nèi)對(duì)染料的脫色率就已達(dá)到50%，5min時(shí)脫色率達(dá)到84.6%，10min后達(dá)到吸附平衡，脫色率的變化很小，已經(jīng)接近94.7%。說明PPy/ATP納米復(fù)合材料具有良好的吸附效果。

2.4 攪拌速率對(duì)脫色率的影響

圖5 攪拌速率對(duì)RhB脫色率的影響

在RhB的初始濃度為400mg/L、吸附溫度為25℃、PPy/ATP投加量為5g/L、吸附時(shí)間為10min的條件下，考察了不同攪拌速率對(duì)RhB脫色率的影響，如圖5所示。從圖可以看出，當(dāng)攪拌速率低于200r/min時(shí)，隨著攪拌速率的增加，羅丹明B的脫色率逐漸增大，最大脫色率可以達(dá)到94.3%。當(dāng)攪拌速率高于200r/min時(shí)，增加攪拌速度，脫色率不但沒有上升反而呈下降趨勢，造成這種現(xiàn)象的主要原因是攪拌速度過大時(shí)，原本已經(jīng)吸附在吸附劑表面的染料發(fā)生脫附，又重新回到廢水中，最終導(dǎo)致脫色率不升反降[7]。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇 200 r/min 為最佳攪拌速度。

3 結(jié)論

(1)以三氯化鐵為氧化劑, 通過原位聚合法在凹凸棒的表面形成了聚吡咯/凹凸棒納米復(fù)合材料。該復(fù)合材料既有凹凸棒石的纖維結(jié)構(gòu)，又有摻雜態(tài)聚吡咯的表面特性。

(2)聚吡咯/凹凸棒納米復(fù)合材料對(duì)羅丹明B具有優(yōu)異的吸附性能，最佳吸附工藝為：復(fù)合材料用量5g/L,pH值=6.0,攪拌速度為200r/min，攪拌時(shí)間10 min，染料廢水的脫色率可達(dá)94.7%。

[1] 陳 培,劉潤龍,朱 丹,等.載鈦活性炭纖維的制備及其對(duì)水中羅丹明B的光催化降解[J].環(huán)境化學(xué)，2015,34(1):144-149.

[2] 任南琪,周顯嬌,郭婉茜,等.染料廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].化學(xué)進(jìn)展，2013,64(1):84-94.

[3] 姚 超,曾永斌,曹燕媛,等. 聚苯胺/凹凸棒石納米復(fù)合材料對(duì)甲基橙的吸附性能[J].硅酸 鹽學(xué)報(bào), 2010, 38(4):671-677.

[4] 馬 霞,馮 莉,王彬果,等.蒙脫土協(xié)同新生MnO2對(duì)甲基橙模擬廢水的脫色研究[J].環(huán)境化學(xué), 2008, 27(4): 465-471.

[5] 陳 泳,徐 惠,王時(shí)雨.聚吡咯/凹凸棒納米復(fù)合材料對(duì)Cr6+的吸附性能[J]. 高分子材料科學(xué)與工程, 2013, 29(8): 54-58.

[6] 姚榮勝,左士祥, 王文娟, 等. 聚吡咯/凹凸棒石納米復(fù)合材料對(duì)陽離子紅吸附性能[J].化工新型材料，2012，40(5):125-128.

[7] 邵 紅,冀禹彤,莊新賀.吡啶改性膨潤土對(duì)直接耐曬翠藍(lán)染料廢水脫色性能研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào), 2011, 5(11):2464-2468.

StudyonDecoloringCapabilityofPolypyrrole/attapulgitetoRhodamineBSolutionDyeWastewater

ShangXiuli，ZhouCuiwen，BenLianfang，HuXiaozhou*

(Department of Petrochemical Engineering， Lanzhou Petrochemical College of Vocational Technology, Lanzhou 730060, China)

The polypyrrole/attapulgite(PPy/ATP) nanocomposite materials were prepared by in-situ polymerization, using FeCl3and sodium dodecyl sulfonate (SDS) as oxidant and dopant, respectively. In this paper, Rhodamine B simulated dye wastewater was taken as an example to show the adsorption properties of the PPy/ATP composite material. The results indicate that the nanocomposites possesses high adsorption speed, when the amount of adsorbent was 5g/L, pH was 6, the time of adsorption was 10 min, the decolorization rate of Rhodamine B solution dye wastewater reached 94.7%．

polypyrrole; attapulgite; dyes wastewater; adsorption

2017-09-19

甘肅省高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目(2015B-150)；甘肅省高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目(2015A-183)

尚秀麗(1970—)，教授， 主要從事納米復(fù)合材料的制備及工業(yè)廢水處理的工藝研究。

X703

A

1008-021X(2017)22-0155-02

(本文文獻(xiàn)格式：尚秀麗，周萃文，本連芳，等.聚吡咯/凹凸棒對(duì)羅丹明B染料廢水脫色性能研究[J].山東化工，2017，46(22)：155-156.)