改性硅藻土處理含苯胺廢水的研究

鄭翠霞 王翔宇 朱秋雨

(遼寧工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

含苯胺廢水主要來源于醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料、橡膠等行業(yè)[1]。苯胺是芳香胺類最有代表性的物質(zhì)，苯胺是一種無色油狀液體，具有芳香氣味和強(qiáng)烈的刺鼻氣味。其沸點(diǎn)高于水，可達(dá)到184.4℃，也是嚴(yán)重污染環(huán)境和危害人體健康的有害物質(zhì)，是一種“致癌、致畸、致突變”的三致物質(zhì)[2]。

硅藻土是由硅藻及其它微生物的硅質(zhì)遺骸組成的生物硅質(zhì)巖，其化學(xué)成分主要為SiO2，此外還有少量Al2O3、CaO、MgO等氧化物[3]。硅藻土的外觀呈淺黃色或灰色，質(zhì)地柔軟，孔隙較多。天然硅藻土的顆粒表面有許多微小的孔，它們以蜂窩狀排列成一排，孔隙率大于90%。硅藻土的價(jià)格也不是很貴，應(yīng)用日益廣泛。所以，可以采用鹽酸對硅藻土進(jìn)行改性，以改善其對苯胺的吸附性能，然后用改性硅藻土作吸附劑來處理含苯胺的廢水。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及藥品

硅藻土、亞硝酸鈉、氫氧化鈉、鹽酸、硫酸、苯胺、硫酸氫鉀、氨基磺酸銨、N-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

分光光度計(jì)、恒溫水浴鍋、電子分析天平、恒溫水浴振蕩器、電熱鼓風(fēng)干燥箱、pH計(jì)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 苯胺標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

按文獻(xiàn)[4]繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到擬合方程為：

y=0.01182x+0.00998

式中：x——苯胺的質(zhì)量(μg)；

y——經(jīng)空白校正后的吸光度。

1.3.2 硅藻土的改性

稱取3.0g硅藻土，置于廣口瓶中，向磨口瓶中加入改性劑鹽酸溶液，放入恒溫水浴振蕩器中振蕩，控制好改性溫度和改性時(shí)間，待改性結(jié)束后，將改性硅藻土水洗至中性過濾，然后置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干至恒重，得到改性硅藻土。稱取0.5g改性硅藻土放入裝有50mL苯胺溶液的磨口瓶中，放入恒溫水浴振蕩器中在于25℃下振蕩30min，取出磨口瓶過濾，取過濾后濾液水樣分析其含苯胺的濃度。通過改變鹽酸濃度、改性時(shí)間、改性溫度三個(gè)因素，考察其對硅藻土改性效果的影響，確定改性最佳工藝條件。

1.3.3 改性硅藻土處理含苯胺廢水

稱取0.5g改性硅藻土，置于裝有50mL模擬含苯胺廢水的磨口瓶中，放入恒溫水浴振蕩器中振蕩，控制好吸附時(shí)間和吸附溫度，待吸附結(jié)束后，取出磨口瓶過濾，分析過濾后的水中的苯胺濃度。通過改變改性硅藻土加入量，吸附溫度，吸附時(shí)間，模擬硅藻土對苯胺廢水中苯胺去除速率的影響進(jìn)行了研究，并確定了改性硅藻土的最佳工藝條件。

2 結(jié)果與討論

2.1 硅藻土的改性

2.1.1 鹽酸濃度對硅藻土改性效果的影響

圖1 鹽酸濃度對硅藻土改性效果的影響

從圖1可以看出，當(dāng)鹽酸濃度在1mol/L到4mol/L之間時(shí)，去除率呈逐漸上升的趨勢；當(dāng)鹽酸濃度達(dá)到4mol/L時(shí)，苯胺去除率達(dá)到最大。這是因?yàn)?，隨著鹽酸濃度增大，參與改性的鹽酸越多形成的凹槽和孔洞也越多，提高了硅藻土的吸附能力。當(dāng)鹽酸濃度達(dá)4mol/L時(shí)，鹽酸足夠，對苯胺去除率沒太大的影響。因此，本實(shí)驗(yàn)選用最佳鹽酸濃度為4mol/L。

2.1.2 改性時(shí)間對硅藻土改性效果的影響

圖2 改性時(shí)間對硅藻土改性效果的影響

從圖2可以看出，當(dāng)改性時(shí)間在20min到40min時(shí)，苯胺去除率隨著改性時(shí)間的延長而提高，這是因?yàn)楦男詴r(shí)間越長，使硅藻土顆粒表面變得越粗糙，形成許多凹槽和孔洞，增大了顆粒的比表面積和孔容，提高了硅藻土的吸附能力。但是，當(dāng)改性時(shí)間達(dá)40min時(shí)，去除率趨于平緩，改性硅藻土對廢水中苯胺的吸附已接近完全，改性硅藻土顆粒的比表面積和孔容已達(dá)到飽滿，再增加改性時(shí)間，對苯胺去除率沒有太大的影響，反而會(huì)浪費(fèi)時(shí)間和能源。因此，本實(shí)驗(yàn)選用的最佳改性時(shí)間為40min。

2.1.3 改性溫度對硅藻土改性效果的影響

圖3 改性溫度對硅藻土改性效果的影響

從圖3可以看出，改性溫度在20℃到35℃之間時(shí)，苯胺的去除率呈上升趨勢，這是因?yàn)?，改性溫度越高，越有利于改性劑進(jìn)入硅藻土，使硅藻土顆粒表面變得越粗糙，形成許多凹槽和孔洞，增大了顆粒的比表面積和孔容，提高了硅藻土的吸附能力。因此，隨著改性溫度的升高，改性硅藻土吸附的苯胺量增加，苯胺去除率也越高。但是當(dāng)改性溫度達(dá)到35℃后，再升高改性溫度，對苯胺的去除率沒有太大影響。所以，從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，本實(shí)驗(yàn)選用的最佳改性溫度為35℃。

2.2 改性硅藻土處理含苯胺廢水

2.2.1 改性硅藻土用量對苯胺去除率的影響

圖4 改性硅藻土用量對苯胺去除率的影響

從圖4可以看出，改性硅藻土加入量在0.5g到2.0g之間時(shí)，廢水中苯胺去除率顯著提高，這是因?yàn)?，隨著改性硅藻土加入量增多，改性硅藻土吸附廢水中的苯胺量增加，苯胺去除率也提高。但是當(dāng)加入量為2.0g時(shí)，再增多改性硅藻土加入量，雖然苯胺去除率同樣增加，但單位質(zhì)量改性硅藻土吸附苯胺量大大降低。因此，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，選取最佳的改性硅藻土用量為2.0g。

2.2.2 吸附溫度對苯胺去除率的影響

圖5 吸附溫度對苯胺去除率的影響

從圖5可以看出，當(dāng)吸附溫度為20～35℃時(shí)，苯胺去除率隨著吸附溫度的升高而提高；當(dāng)吸附溫度達(dá)到35℃時(shí)，再升高吸附溫度，苯胺去除率下降。這是因?yàn)椋谖竭^程中，隨著改性溫度的升高，由于改性硅藻土對含苯胺廢水的化學(xué)吸附性質(zhì)，吸附廢水中的含苯胺量越多。但改性溫度達(dá)到35℃時(shí)，再升高改性溫度，由于改性硅藻土對含苯胺廢水的物理吸附性質(zhì)，對廢水中苯胺的去除率會(huì)漸漸降低，這是因?yàn)楦男怨柙逋廖竭^程是放熱反應(yīng)，當(dāng)溫度超過35℃時(shí)，平衡向減小吸附的方向進(jìn)行，再升高溫度，吸附效果會(huì)漸漸變差。所以本實(shí)驗(yàn)選用的最佳吸附溫度為35℃。

2.2.3 吸附時(shí)間對苯胺去除率的影響

圖6 吸附時(shí)間對苯胺去除率的影響

從圖6可以看出，當(dāng)吸附時(shí)間在20min到40min之間時(shí)，苯胺去除率隨著吸附時(shí)間的延長而提高，這是因?yàn)槲降臅r(shí)間越長，被改性硅藻土吸附的苯胺量越多苯胺去除率越高；當(dāng)吸附時(shí)間達(dá)到40min時(shí)，吸附趨于平衡，再延長吸附時(shí)間，苯胺去除率沒有明顯變化。故選取最佳吸附時(shí)間為40min。

3 結(jié)論

采用鹽酸對硅藻土進(jìn)行改性，利用改性硅藻土處理含苯胺廢水，得出以下結(jié)論：

(1)利用鹽酸對硅藻土進(jìn)行改性，可提高其對苯胺的吸附能力。

(2)改性硅藻土可對廢水中的苯胺進(jìn)行物理吸附和化學(xué)吸附。

(3)采用改性硅藻土處理含苯胺廢水，可使苯胺的濃度由50mg/L降至4.6mg/L，苯胺去除率可達(dá)到90.5%。