各種吸附材料對亞甲基藍(lán)廢水處理的研究

孫蘭梅,孫宇明，李明陽，宇秉勇，劉長睿，吳軍亮，郭兆壽，劉 熠*

(1.沈陽化工研究院設(shè)計工程有限公司，遼寧 沈陽 110021；2.沈陽化工研究院有限公司，遼寧 沈陽110021)

亞甲基藍(lán)(MB)屬于典型的陽離子染料[1-2],廣泛應(yīng)用于印染、染色，環(huán)境治理和監(jiān)測領(lǐng)域。由于亞甲基藍(lán)廢水有機物含量高、色度深、堿性大、水質(zhì)變化大、生物毒性大，成為較難處理的染料廢水之一[3]。

目前,對亞甲基藍(lán)廢水的主要處理方法有吸附法、化學(xué)氧化法、生物處理法、絮凝沉淀法、光催化法和電解法等。吸附法屬于物化處理技術(shù)，在廢水處理中占有很大比例，吸附法以其能夠選擇性地富集某些化合物的物性在廢水處理領(lǐng)域有著特殊的地位。在染料廢水處理方面，吸附法因其獨有的優(yōu)勢備受人們的青睞[4]。目前有關(guān)吸附法應(yīng)用于亞甲基藍(lán)廢水處理的研究報道很多。吸附是指用多孔固體(吸附劑)將流體(氣體或液體)混合物中一種或多種組分積聚或凝縮在表面進(jìn)而達(dá)到分離的目的。迄今為止,工業(yè)上使用較多的吸附劑是活性炭、離子交換樹脂等，吸附特點和效果各有不同。隨著吸附處理技術(shù)研究的深入，各種吸附劑不斷被引入，為印染廢水的治理起到了越來越大的作用。

1 活性炭吸附

活性炭是一種含炭材料制成的外觀呈黑色,內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大、吸附能力強的一類微晶質(zhì)碳素材料。活性炭是最早應(yīng)用也是迄今為止最優(yōu)良的吸附劑，是目前廢水處理普遍采用的吸附劑?；钚蕴坑蟹浅０l(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)和較高的比表面積，具有較強的物理吸附能力；同時活性炭的表面存在大量的含氧基團(tuán)等，有較強的化學(xué)吸附能力?；钚蕴孔鳛槲絼┎坏侥芰?，而且吸附容量大[5-6]。Emad等[7]使用不同種活性炭，對堿性染料亞甲藍(lán)藍(lán)MB,堿性紅BR和堿性黃BY廢水進(jìn)行了吸附研究，結(jié)果表明，在pH值=11，顆粒小于106μm時，活性炭吸附效果好，吸附容量順序為：MB

2 廢棄物吸附

研究發(fā)現(xiàn)，自然界中的農(nóng)作物或農(nóng)產(chǎn)品的廢棄物具有潛在的吸附性能，且價格低廉，來源廣泛,因此在廢水處理方面越來越受到人們的關(guān)注。

張仕偉等[9]用外墻保溫板殘料制備活性炭處理含亞甲基藍(lán)廢水，研究了亞甲基藍(lán)在自制活性炭上的吸附模型和最大吸附量。結(jié)果表明：在650℃活化溫度，30mg/h的水蒸氣流量，活化30min制備的活性炭對亞甲基藍(lán)的定溫吸附符合Freundlich定溫吸附模型，吸附以物理吸附為主，最大吸附量為544.57mg/g。宋娟娟[10]等用低值廉價的橘子皮作為吸附劑，對染料廢水中的亞甲基藍(lán)進(jìn)行吸附，探討了吸附平衡時間、溶液pH、染料濃度、橘子皮吸附劑的添加量對亞甲基藍(lán)吸附的影響，結(jié)果表明：橘子皮生物吸附劑對亞甲基藍(lán)的吸附所需平衡時間為1h，在pH值=10的條件下，亞甲基藍(lán)的的初始濃度為400mg/L，橘子皮用量1g時，橘子皮對亞甲基藍(lán)的吸附率可達(dá)到90.55%，吸附量最大為45.3mg/g，等溫吸附線符合Langmuir模式，該吸附過程符合二級動力模型。范嘉園等[11]采用農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品玉米芯吸附處理藍(lán)色亞甲基藍(lán)，在一定影響因素基礎(chǔ)上，利用正交實驗優(yōu)化了吸附反應(yīng)的最佳條件。在玉米芯粒徑28～40目，溶液pH值=3，亞甲基藍(lán)初始濃度100mg/L，料液比為1.5g∶20mL，吸附溫度50℃，超聲波攪拌20min時，玉米芯對亞甲基藍(lán)去除率達(dá)99.137%。

3 生物質(zhì)炭吸附

生物質(zhì)炭是指將生物質(zhì)(如木屑、稻殼、板栗殼、煤、甘蔗葉和梧桐等)通過一定的加工、化學(xué)反應(yīng)生成的炭。利用這些生物質(zhì)炭制備的活性炭，不僅降低了活性炭的制備成本，還達(dá)到了以廢治廢的目的。

趙小紅等[12]以竹子為原料，采用氯化鋅法制備活性炭，結(jié)果表明經(jīng)過改性的活性炭對甲基藍(lán)的脫色率比改性前提高了28.9%。王湖坤[13]等人利用 ZnCl2溶液活化法獲得核桃殼質(zhì)活性炭，并研究了以亞甲基藍(lán)為模擬吸附質(zhì)的吸附性能。結(jié)果表明，改良后的吸附劑可以去除高達(dá) 79%的 CODCr和100% 的色度，出水的各項水質(zhì)均符合排放標(biāo)準(zhǔn)。廖欽洪[17]等人以稻殼為原料,采用K2CO3活化法和H3PO4活化法制備了比表面積為1312m2/g和682m2/g的活性炭，通過掃描電子顯微鏡(SEM)、X-射線儀(XRD)對樣品進(jìn)行了表征，并將孔隙發(fā)達(dá)的活性炭樣品用于對亞甲基藍(lán)的吸附，結(jié)果表明，K2CO3活化法制備的活性炭樣品具有更多的微孔結(jié)構(gòu)；隨著亞甲基藍(lán)初始濃度的增加、活性炭吸附時間的延長，亞甲基藍(lán)的去除呈現(xiàn)逐漸降低和逐漸增大的變化規(guī)律，當(dāng)pH值為6時，活性炭對亞甲基藍(lán)的吸附效果最佳；稻殼基活性炭對亞甲基藍(lán)的吸附等溫曲線復(fù)合Langmuir模型，Qm最高可達(dá)476.2mg/g。

4 化學(xué)改性吸附劑

高玉紅[15]等分別采用堿改性、酸改性、高溫改性、超聲波改性和助溶劑改性5種方法對粉煤灰進(jìn)行改性處理，研究改性后的粉煤灰對亞甲基藍(lán)廢水的吸附效果及最佳吸附條件。實驗結(jié)果表明，氫氧化鈉改性后的的粉煤灰對亞甲基藍(lán)的吸附性能最好，最佳吸附時間為60min，吸附溫度為60℃，pH值=7，NaOH改性粉煤灰對亞甲基藍(lán)的吸附過程符合Langmuir等溫方程式。雒和明[16]等以廢棄焦粉為原料,50%硝酸為改性劑,借助JSM、XPS分析測試方法表征其結(jié)構(gòu)。考察了改性焦粉、焦粉對亞甲基藍(lán)吸附性能、吸附平衡等溫線、秥附幾率和活化能，用Weber-Morris曲線研究吸附機理。結(jié)果表明，硝酸改性焦粉是硝酸刻蝕焦粉表面增加孔結(jié)構(gòu)，增大表面積、表面氧化形成較為豐富含氧功能組的過程；改性焦粉對亞甲基藍(lán)吸附性能明顯優(yōu)于焦粉；改性焦粉吸附量隨亞甲基藍(lán)溶液濃度、pH的增大而增加；吸附過程符合Langmuir、Freundlich吸附等溫式；秥附幾率和活化能分別為S=0.1977、2.5635KJ/mol；該吸附過程主要為顆粒內(nèi)擴散控制得物理吸附。

5 污泥活性炭吸附

康婷婷[17]等采用污泥活性炭處理亞甲基藍(lán)模擬廢水，研究了模擬廢水的初始濃度、污泥活性炭投加量、pH值、水溶液吸附時間等因素對染料廢水的脫色率和COD去除率的影響，探討污泥活性炭處理染料廢水的適宜工藝條件。實驗結(jié)果表明：隨著染料廢水初始濃度的增大，脫色率和COD去除率均表現(xiàn)下降趨勢；隨著污泥活性炭投加量的增加，脫色率和COD去除率效果十分明顯；隨著模擬廢水pH的增大，其脫色率基本呈現(xiàn)增大趨勢，而COD去除率則先增大后減小，當(dāng)pH 值在7.6～7.8時，脫色率與COD去除率均出現(xiàn)最大值；在延長水浴時間的同時，脫色率和COD去除率均表現(xiàn)出較好的效果。劉亞納[18]等以剩余污泥為原料，氯化鋅為活化劑制備污泥活性炭。研究了初始pH值，吸附溫度及離子強度對污泥活性炭吸附亞甲基藍(lán)效果的影響。采用高分辨電子掃描電鏡和氮吸脫附曲線對污泥活性炭進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，隨著pH值的升高，吸附量增大，堿性條件下最好。在15～55℃的范圍內(nèi)，亞甲基藍(lán)的吸附量的吸附量先增加后降低，溫度為35℃時吸附量達(dá)到最大值。加入氯化鈉后的污泥活性炭的吸附能力變?nèi)?，但隨著離子強度的增大，變?nèi)醯膹姸葴p少，污泥活性炭以中孔為主和污泥活性炭具有不規(guī)則結(jié)構(gòu)，預(yù)示著污泥活性炭較高的吸附能力。

文獻(xiàn)中,人們對亞甲基藍(lán)廢水的吸附研究，絕大部分都是采用模擬廢水，成分單一,并未使用實際廢水,只是進(jìn)行了動力學(xué)理論研究。實際的亞甲基藍(lán)廢水組成極為復(fù)雜，往往含有懸浮物，高含鹽等，需要綜合考慮，今后研究的重點應(yīng)放到亞甲基藍(lán)實際廢水的應(yīng)用研究。