关于膨胀石墨对印染废水吸附脱色的研究

陈　飞　许国根

摘要：文章将膨胀石墨应用于印染废水的脱色处理。从其吸附机理入手，用四类可膨胀石墨分别对四种染料（酸性橙Ⅱ、直接黄R、阳离子红X-GRL、直接混纺黄D-3RNL）进行实验分析，选用吸附效果最好的膨胀石墨处理实际印染废水，探索膨胀石墨吸附脱色方法的实用性，并探讨了膨胀石墨再生方法。

关键词：膨胀石墨；印染废水；脱色；吸附脱色；脱色率；COD

中图分类号：X791文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）11-0099-02

印染废水中的染料能吸收光线，降低水体透明度，影响水生生物和微生物的生长，不利于水体自净，其降解产物多为联苯胺类等一些致癌的芳香类化合物，同时造成视觉上的污染，因此，脱色方法的研究成为印染废水处理的重要课题。吸附法一般适用于低浓度印染废水以及废水的深度处理，在工艺上具有投资小、方法简便易行、成本较低的优点，尤适合中小型印染厂废水的处理。

一、膨胀石墨的吸附脱色机理

吸附脱色即是吸附剂通过表面的剩余力场将染料分子从印染废水中吸附到其表面上而使印染废水脱色的过程。

一般在800℃～1000℃的高温下，可膨胀石墨迅速受热膨胀，层间插入物受热汽化产生的膨胀力克服层间结合的分子间力，石墨晶片沿C轴方向可膨胀数十倍到数百倍。由于膨胀石墨在结构上仍然由石墨微晶组成，形态上又具有大量的网络状微孔结构，所以它除保留鳞片石墨的一些性质（如高化学稳定性，耐高、低温，耐腐蚀，导电、导热以及安全无毒）外，还具有高表面活性、大比表面积等特性。其表面及内部孔结构非常发达，比表面积可达50～200m²/g，表面和内部的孔径分布较宽，可在10～1000nm数量级之间，以大孔和中孔为主，其中多数孔为狭缝或由其衍生形成的多边形柱孔或契形孔。表面孔一般为开放孔，内部互连孔有开放孔、封闭孔及半封闭孔，这就决定了膨胀石墨在吸附大分子物质方面有优势，是一种优良的吸附材料。理论上可以将印染废水中的染料大分子吸附除去而使其脱色，目前已有的研究证明了这点。

膨胀石墨脱色率受其粒度、膨胀体积、用量、吸附时间、染料的结构、溶液初始浓度、pH值、吸附温度等多种因素的影响，对具体的染料溶液，需要综合考虑这些影响因素。

二、实验部分

（一）实验仪器设备及原料

1．实验仪器：紫外－可见分光光度计、箱式电阻炉、电热鼓风干燥箱、精密增力电动搅拌器、磁力加热搅拌器、电子分析天平、精密酸度计。

2．主要原料：可膨胀石墨（80目250倍、200倍；50目250倍、200倍）、浓硫酸（98%）、NaOH、染料（酸性橙Ⅱ：C16H11N2O4S·Na、直接黄R：高分子、阳离子红X-GRL：C18H21N6·ZnCl3、直接混纺黄D-3RNL：C68H48N16O26S8·8Na）等。

（二）理论计算公式

脱色率=（A0-Ae）/A0×100%，吸附量Q=（C0V0-CeVe）/W

式中：A0、Ae分别为吸附前后的吸光度或染料的质量浓度（mg/L）；V0、Ve分别为吸附前后溶液的体积（mL）；W为所用吸附剂的质量（g）。

三、实验内容

将四类可膨胀石墨分别在900℃恒温的马弗炉充分膨胀，将四种染料分别配置成浓度为0.1、0.15、0.2、0.25、0.3g/L的溶液，待用。

1．染料溶液标准曲线的绘制。将四种染料分别配成10mg/L的溶液，用UV－1601型紫外－可见分光光度计测量最大吸收波长(λmax)下，测定标准系列溶液（浓度C）的吸光度A，绘制工作曲线。

2．吸附平衡时间的确定。向30mL一定浓度的染料溶液中加入一定量的膨胀石墨，在一定温度下，以恒定转速恒温振荡，每隔一定的时间取样一次测定吸光度，计算其脱色率，至浓度不再变化时，吸附达到平衡。

3．膨胀石墨粒度、膨胀倍数、用量对脱色率的影响。取30mL各染料溶液，调节pH值2.0，加入不同量的膨胀石墨，振荡达平衡，测定吸光度，计算脱色率。

4．初始浓度和pH值对脱色率的综合影响。取30mL浓度分别为0.1g/L、0.2g/L、0.3g/L的各种染料溶液，调节不同pH值，加入0.1g80目250倍的膨胀石墨。

5．温度对吸附量的影响及吸附等温线的测定。一组装有30mL起始浓度不同的染料溶液的带塞锥形瓶，加入相同质量的80目250倍的膨胀石墨，恒温振荡达到平衡，测定吸光度，计算平衡浓度和吸附量。改变温度，重复实验。

四、结果分析

1．表1为所用染料的标准曲线回归分析结果。由回归方程和相关系数可以看出，在所测定的浓度范围内，线性关系良好，符合朗伯－比耳定律。

2．四种膨胀石墨对同一种染料溶液的吸附平衡时间基本一致：酸性橙Ⅱ、阳离子红X-GRL、直接混纺黄D-3RNL吸附平衡时间为5h；直接黄R吸附平衡时间为8h如图1所示：

3．随膨胀石墨用量的增大，脱色率均是增大。而且相同质量的膨胀石墨加入相同浓度的染料溶液中，膨胀倍数大、粒径小的脱色率高，吸附量大。对粒度相同的膨胀石墨，膨胀倍数小的脱色率增加较快。但随着用量的增大，膨胀石墨的脱色率及吸附量差别越来越小，如图2所示：

4．相同质量的膨胀石墨加入等体积不同浓度的溶液中，随着pH值的增大，膨胀石墨对酸性橙Ⅱ、直接黄R、直接混纺黄D-3RN的脱色率减小，对阳离子红X-GRL的脱色率增大；溶液初始浓度越小，脱色率越大且随pH的变化越小；随着初始浓度的增大，膨胀石墨的吸附量增大，如图3所示：

5．膨胀石墨吸附酸性橙Ⅱ、阳离子红X-GRL、直接混纺黄D-3RNL染料溶液受温度影响不大，随温度升高，膨胀石墨对酸性橙Ⅱ的吸附量减小，对后两者的吸附量增大；膨胀石墨吸附直接黄R染料溶液受温度影响较大，随温度升高，吸附量增大，如图4所示：

五、应用实例

印染污水动态处理装置如图5所示：

来源：陕西第三印染厂印染废水。

成分：以活性染料为主，少量不溶性偶氮染料、颜料、助剂。

水质指标：pH值：8.7；色度：200倍；CODCr：530.4mg/L。

取1.0g80目250倍膨胀石墨（如图5所示）松装于自制层析柱中，略微压实。加入调节pH值为2.0的印染废水150mL，控制流速18.0～22.0mL/min，反复过滤至色度变化不再明显，大约需5h。测定结果：色度为20倍；CODCr为143.6mg/L。计算其色度去除率为90%；CODCr去除率为72.93%。均达到了该厂Ⅰ级排放标准。

六、结语

印染废水成分复杂，COD含量较高，色度高，其处理一般是多种方法联合使用，其中吸附法处理印染废水适合于深度处理。本文的研究结果表明，150mL该印染废水经1.0g80目250倍膨胀石墨吸附处理后，色度和CODCr均能达到Ⅰ级排放标准。因此膨胀石墨用于印染废水的吸附脱色处理是可行的。而且膨胀石墨价格便宜还可以简单加热再生，选择600℃温度加热40min，膨胀石墨的损失在10%左右，累计再生效率也可达90%以上。无疑膨胀石墨无论是单独使用还是与其他工艺联用都有广阔的应用前景。

参考文献

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作者简介：陈飞（1983－），男，安徽巢湖人，第二炮兵工程学院503教研室硕士，研究方向：军事化学。