泡沫富集法分離廢水中的甲基橙染料

黃慧，賈麗華＊，何劉明慧，楊瑞，王金平，郭祥峰,2＊

泡沫富集法分離廢水中的甲基橙染料

黃慧1，賈麗華1＊，何劉明慧1，楊瑞1，王金平1，郭祥峰1,2＊

（1.齊齊哈爾大學(xué) 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2.廣東石油化工學(xué)院，廣東 茂名 525000）

以溴化十六烷基吡啶為發(fā)泡劑，研究了其濃度、氣速等因素對(duì)甲基橙分離效果的影響。在室溫25℃，溴化十六烷基吡啶的濃度0.190mmol?L-1，氣速12.1mL?s-1，裝液量40.0mL時(shí)，甲基橙有良好的分離效果，其去除率為92.8%，富集比為41.2。該方法在染料廢水處理中具有潛在價(jià)值。

染料去除；泡沫分離；溴化十六烷基吡啶；甲基橙

染料廢水會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的危害[1]。染料廢水常用的處理方法有絮凝法[2]、吸附法[3]和泡沫法[4]等，其中泡沫法具有投資少、能耗低、設(shè)備簡單等優(yōu)點(diǎn)[4]。表面活性劑作為重要的發(fā)泡劑，在泡沫富集處理染料廢水中，近年來受到了研究者廣泛關(guān)注[5-8]。Mahmut等[7]用十六烷基三甲基溴化銨做起泡劑，通過泡沫富集染料，分離去除了水中的陰離子和非離子染料；Yusuke等[8]用泡沫分離法研究了3種表面活性劑對(duì)亞甲基藍(lán)和固綠的去除效果，發(fā)現(xiàn)十二烷基三甲基氯化銨對(duì)陰離子染料固綠去除效果最好，對(duì)陽離子染料亞甲基藍(lán)去除效果最差。具有良好的發(fā)泡與穩(wěn)泡性的溴化十六烷基吡啶（CPB），其用于處理甲基橙（MO）染料廢水的研究還很少。本文以CPB作為發(fā)泡劑，選取MO溶液模擬染料廢水，研究CPB濃度、氣速等因素對(duì)MO分離效果的影響；并以MO的去除率、富集比為評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)化了MO分離的條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

CPB和MO均為市售分析純化學(xué)試劑。TU-1901紫外可見分光光度計(jì)，K10ST表面張力儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

取0.0164g MO，用去離子水配制成0.100mmol?L-1，500mL的母液作為模擬廢水。取1.92g CPB，用去離子水配制成0.01mol?L-1，500mL的母液作為捕集劑。圖1為自組裝泡沫分離裝置（泡沫分離柱高20.4cm，直徑為5.0cm）。浮選實(shí)驗(yàn)中，由空壓機(jī)提供的空氣，通過流量計(jì)可以調(diào)節(jié)氣體流速。調(diào)節(jié)后的氣體被分布器輸送到泡沫分離塔的底部，使分離柱中的溶液在氣流的作用下鼓泡，泡沫沿壁上升，從頂部溢出，進(jìn)入收集器，當(dāng)泡沫停止溢出時(shí)結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

圖1 泡沫分離裝置示意圖

1-空壓機(jī)；2-流量計(jì)；3-泡沫分離塔柱；4-泡沫收集器；5-鐵架臺(tái)

1.3 CPB溶液泡沫性能及表面張力的測(cè)定

泡沫性能測(cè)定：移取1.00×10-2mol?L-1CPB母液，用去離子水配制成6.20 mmol?L-1，50mL的CPB分液。移取0.100 mmol?L-1MO母液與CPB分液混合。取等體積的CPB、CPB-MO混合液分別倒入50mL具塞量筒中，上下振蕩20次，記錄停止瞬時(shí)及5min后泡高。表面張力測(cè)定：利用吊環(huán)法測(cè)定加入MO前后，CPB溶液表面張力的變化。

1.4 MO濃度的測(cè)定

利用TU-1901紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定波長468nm處殘液中MO吸光度，工作曲線為= 0.0020+ 0.0055。為吸光度，為MO的濃度（mol?L-1），判定系數(shù)2為0.999。

1.5 分離效率評(píng)價(jià)指標(biāo)

泡沫分離效率由去除率和富集比表示，公式如下：

式中，0，C和C分別為初始液、殘液和泡沫液中MO的濃度；0，V和V分別為初始液、殘液和泡沫液中MO的體積[9]。

2 結(jié)果與討論

2.1 MO對(duì)CPB溶液泡沫性能和表面張力的影響

表面活性劑溶液的泡沫性能及表面張力對(duì)分離有重要影響。因此測(cè)試了混合溶液的起泡性能及表面張力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 MO對(duì)CPB溶液起泡性能(A)及表面張力(B)的影響

A:CPB= 6.20mmol?L-1，MO= 6.00×10-5mol?L-1；B:MO= 4.00×10-5mol?L-1

由圖2所示，加入MO后，CPB泡沫性能基本不變（44.0mL左右）；但CPB的表面張力明顯降低，表明MO的加入促進(jìn)了CPB在溶液表面的吸附，這源于CPB與MO間的靜電作用，使其在界面排列更加緊密。因此可利用CPB作為泡沫浮選劑，去除溶液中的少量MO。

2.2 實(shí)驗(yàn)條件對(duì)MO分離的影響

為了選取合適的分離條件，對(duì)溫度、CPB濃度等因素進(jìn)行了測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 溫度(A)、CPB濃度(B)、氣速(C)及裝液量(D)對(duì)MO分離效果的影響

A:CPB=MO= 5.00×10-5mol?L-1；B,C,D:MO= 0.100mmol?L-1，溫度25℃

由圖3所示，溫度從35℃升高到50℃，458nm處的吸光度增加；超過60℃，吸光度逐漸趨近平穩(wěn)。這可能是由于CPB與MO通過靜電作用在較低的溫度下形成的復(fù)合物穩(wěn)定性高，加熱后有助于復(fù)合物的溶解和解離。因此，浮選在室溫條件下進(jìn)行是有利的。當(dāng)CPB濃度從0.16mmol?L-1增大到0.30mmol?L-1時(shí)，由90.0%增至94.4%，由30.0增至30.2后減至18.9。這是因?yàn)镃PB濃度增大，其起泡性和穩(wěn)泡性都在逐漸增加，泡沫中的夾液量也在增加，導(dǎo)致增大，減小[10]。因此選取CPB濃度為0.190mmol?L-1。當(dāng)氣速從10.1mL?s-1升至16.1mL?s-1時(shí)，由89.7%升到94.4%，由44.8降至23.5。這是因?yàn)闅馑僭黾訉?dǎo)致了單位時(shí)間內(nèi)泡沫數(shù)量的增加，使得增大；但隨著泡沫上升速率的增快，大量夾帶液被帶出裝置外，導(dǎo)致變小[11]。因此選取氣速為12.1 mL?s-1。當(dāng)裝液量從30.0 mL增至70.0 mL時(shí)，由83.4 %升到90.6 %后變化不大，由31.3升到41.2后降至31.7。這是因?yàn)檠b液量較少時(shí)，氣泡在液相中停留時(shí)間長，所以和均增加；裝液量過大，使液相液位增高導(dǎo)致氣泡排液不充分，更多的液體被帶出裝置導(dǎo)致消泡體積增大，減小[12]。因此選取裝液量為40.0 mL。

3 結(jié)論

以CPB為起泡劑和捕集劑，在室溫下通過泡沫分離技術(shù)可以有效的去除染料廢水中的MO。當(dāng)CPB的濃度為0.190mmol?L-1，空氣流速12.1mL?s-1，裝液量40.0mL時(shí)，MO的去除率為92.8%，富集比為41.2。為以CPB作為捕集劑處理染料廢水中的MO提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

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Separation of methyl orange dyes from wastewater by foam enrichment method

HUANG Hui1，JIA Li-hua1＊，HE LIU Ming-hui1，YANG Rui1，WANG Jin-ping1，GUO Xiang-feng1,2＊

(1.College of Chemistry and Chemical Engineering, Qiqihar University, Heilongjiang Qiqihar 161006, China; 2.Guangdong Institute of Petrochemical Technology, Guangdong Maoming 525000, China)

Using cetylpyridine bromide as foaming agent, the effects of its concentration and gas velocity on the separation efficiency of methyl orange were studied. At room temperature 25℃, when the concentration of cetylpyridine bromide was 0.190mmol?L-1, the gas rate was 12.1 mL?s-1, and the liquid volume was 40.0mL, the methyl orange showed a good separation effect, with the removal rate of 92.8% and the enrichment ratio of 41.2. This method has potential value in dye wastewater treatment.

dye removal；foam separation；cetylpyridinium bromide；methyl orange

2021-02-02

黑龍江省高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目（135109101）；2018年黑龍江省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目（201810232017）

黃慧（1997-），女，山東臨清人，碩士，主要從事表面活性劑性能測(cè)試研究，3203832712@qq.com。

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