改性累托石吸附处理染料模拟废水的试验

陈 云，王营茹，孙家寿，罗 劼，段颖姗，陈佩佩

(武汉工程大学环境与城市建设学院，湖北 武汉 430074)

0 引 言

染料废水是一类有着一定“毒性”的高浓度有机废水，其成分复杂，色度高，水质变化大，难降解物质浓度高[1]，属于一类较难处理的有机废水.其有效处理方法的研究早已成为全球性问题，常规的处理方法有很多[2-5]，而吸附法较其他处理方法在处理效率、操作方法、技术经济指标等方面均有着较强的优势而得到广泛应用[6-7].本试验在累托石吸附处理废水中有机物和重金属离子等的研究[8-11]的基础上，较为系统地研究了改性累托石吸附处理亚甲基蓝模拟染料废水效果的影响因素，为累托石吸附处理染料废水提供科学依据.

1 试验材料和方法

1.1 试验用累托石、试剂和仪器

累托石由湖北名流累托石科技股份有限公司提供，其化学组成见表1[12].

表1 累托石的化学组成

试验用染料模拟废水：试验中选用亚甲基蓝模拟废水，准确称取固体亚甲基蓝1.000 g置于烧杯中，加入少量蒸馏水使它溶解，然后移至1 L容量瓶中定容，避光存放以备用.其他不同浓度的亚甲基蓝染料废水根据需要配制.

试验用试剂为市售试剂.试验用主要仪器有：722型可见分光光度计(天津市普瑞斯仪器有限公司)；TGL-16G型台式离心机(上海市安亭科学仪器厂)；水浴恒温振荡器(上海跃进医疗器械厂)；pHS-3C型酸度计(上海精密仪器科学仪器有限公司生产)；SX2-4-10马弗炉(天津市中环实验电炉有限公司)；DHG-9075A电热鼓风干燥箱(上海齐新科学仪器有限公司)等.

1.2 试验方法

a.累托石改性：累托石经破磨后过0.074 mm(200目)筛，参考课题组的研究[13]，拟定焙烧改性，即在马弗炉中于400 ℃下焙烧2 h，冷却后备用.

b.吸附处理试验：称量一定质量的改性累托石加入盛有一定浓度的亚甲基蓝模拟废水的烧瓶中，密闭恒温振荡一定时间，取少量体积的悬浮液进行高速离心，取上层清液测试亚甲基蓝浓度.

1.3 分析方法

a.亚甲基蓝的浓度分析：配制不同浓度亚甲基蓝的模拟染料废水，采用分光光度法在λ=665 nm处测定亚甲基蓝的吸光度值来确定其浓度，并绘制标准曲线(见图1).取离心后的清夜稀释一定倍数，测定其吸光度Ai，参照亚甲基蓝标准曲线，通过线性方程[式(1)，R2=0.999 45]：

Ci=0.185 18Ai-0.010 73

(1)

计算待测液中亚甲基蓝的浓度Ci.

图1 亚甲基蓝工作曲线

b.改性累托石吸附量的计算：通过式(2)计算改性累托石的吸附量.

(2)

式(2)中Q为累托石吸附量(mg/g)；C0、Ci为吸附前后亚甲基蓝质量浓度(mg/L)；V为亚甲基蓝模拟废水体积(L)；m为改性累托石用量(g).

2 结果与讨论

2.1 改性累托石用量对吸附效果的影响

固定模拟废水初始质量浓度为100 mg/L、搅拌时间为60 min、转速为200 r/min时，在室温和不改变模拟废水pH值的条件下改变改性累托石用量为0.5、0.75、1.0、1.25、1.5 g/L废水进行试验，试验结果如图2所示.

图2 改性累托石用量对吸附效果的影响

由图2可看出，随着改性累托石用量的增加，改性累托石对亚甲基蓝的吸附量并不成正比关系.当改性累托石用量为0.5 g/L废水时，其吸附量最大达71.84 mg/g，但脱色率仅为35.92%；而用量为1.0 g/L废水时吸附量为65.75 mg/g，脱色率达65.75%.因此综合考虑脱色率和吸附量的大小，试验选取改性累托石用量为1.0 g/L.

2.2 吸附时间对吸附效果的影响

按2.1选取的试验条件，改变振荡吸附时间进行试验，试验结果如图3所示，由图3可知，试验开始前60 min，吸附效率增长最快，脱色率达到50.36%，此时吸附量为50.36 mg/g，随吸附时间的延长，吸附速度明显变缓，吸附量增加缓慢，综合考虑吸附量脱色率和吸附速度，试验选取吸附时间为60 min.

图3 吸附时间对吸附效果的影响

2.3 pH对吸附效果的影响

按2.2选取的试验条件，改变模拟废水pH值进行试验，试验结果如图4所示.

图4 模拟废水pH对吸附效果的影响

由图4可看出，在酸性和碱性条件下吸附效果明显，当pH为1时，累托石吸附量为72.23 mg/L，当pH=10时，累托石吸附量为61.70 mg/L，而pH为6、9时，吸附量为均53.06 mg/L，此时pH与模拟废水pH值5.86相近，从处理经济成本考虑，故试验选取不改变模拟废水的pH值.

2.4 振荡速度对吸附效果的影响

振荡速度决定了吸附时的悬浮液均相性和吸附剂与吸附质的接触时间：振速太大，虽然溶液均相性较好，但减少了接触时间；振速太小，虽然增大了吸附剂与吸附质的接触时间，但悬浮液浓度不均匀，影响吸附质与吸附剂的接触频度.鉴于此，按2.3选取的试验条件，对不同振荡速度对吸附效果的影响进行试验，试验结果如图5所示.

图5 转速对吸附效果的影响

从图5可看出，在振荡速度为200 r/min时，吸附效果最好，累托石吸附量为50.9 mg/L.因此，试验选取振荡速度为200 r/min.

2.5 温度对吸附效果的影响

按2.4选取的试验条件，为有效说明累托石吸附亚甲基蓝的效果随温度变化的趋势，在模拟废水初始浓度分别为50、100、150、200和250 mg/L时，改变吸附处理温度进行试验，试验结果如图6所示.

图6 吸附温度对吸附效果的影响

由图6可见，除在较低质量浓度50 mg/L时，其余浓度条件下温度对吸附效果的影响曲线均呈“S”型，在40 ℃和60 ℃时，吸附量均高于其他温度，且在60 ℃时，各种浓度下的吸附量趋近相同，为63 mg/g.

从图6可看出，试验吸附的最佳温度为40 ℃，从处理经济成本考虑，试验中均选择室温20 ℃进行试验.

2.6 电解质对吸附的影响

工业染料废水中由于缓释剂的添加，废水中往往含有大量无机电解质，为进一步模拟染料废水，分别试验了低浓度电解质(Na2SO4)浓度0.005，0.01，0.05，0.1 mol/L，高浓度电解质浓度(Na2SO4)0.5 mol/L时对累托石吸附亚甲蓝的影响，结果见表2.

表2 不同电解质浓度时累托石对亚甲基蓝的吸附量

由表2中数据可以看出，低浓度的电解质浓度(0.005～0.1 mol/L Na2SO4)时，累托石对亚甲基蓝的吸附量并无明显变化，基本保持在54 mg/g以上，但电解质浓度提高到0.5 mol/L时，累托石对亚甲基蓝的吸附量略有减小.由此说明低浓度的电解质对累托石吸附亚甲基蓝过程并无明显影响，而在高浓度时会对吸附过程稍有阻碍作用.

2.7 末改性累托石及改性累托石对亚甲基蓝吸附处理对比试验

对焙烧改性前后的累托石分别进行SEM扫面电镜观察其结构，得图7、8.

图7 焙烧前累托石SEM

从图7、图8中可以对比看出，焙烧后的累托石片状层间结构的层间距明显大于改性前，焙烧改性后累托石有了大量的层间空隙，比表面积明显增大.为证明改性前后吸附性的变化，进行如下对比试验.

在未改性累托石和焙烧改性累托石用量都为1.0 g/L废水、模拟废水初始质量浓度为100 mg/L、搅拌时间为60 min、转速为200 r/min时，在室温和不改变模拟废水pH值的条件下对模拟染料废水进行试验，未改性累托石对亚甲基蓝的吸附量仅为24.75 mg/g，而焙烧改性累托石对亚甲基蓝的吸附量可达67.1 mg/g.说明用累托石处理亚甲基蓝模拟染料废水时，累托石的焙烧改性是非常必要的.

3 结 语

采用焙烧改性累托石处理染料模拟废水，得出改性累托石吸附处理亚甲基蓝模拟废水的最优条件为：废水质量浓度100 mg/L时，累托石最佳用量为1.0 g/L，最佳吸附温度为40 ℃，有效吸附时间为1 h，最适pH为6.0，最佳搅拌速度为200 r/min；当累托石用量为1.0 g/L废水、模拟废水初始质量浓度为100 mg/L、搅拌时间为60 min、转速为200 r/min时，在室温和不改变模拟废水pH值的条件下，焙烧改性累托石对模拟废水中亚甲基蓝的吸附容量为67.10 mg/g，明显高于末改性累托石对亚甲基蓝的吸附量24.75 mg/g；在进一步模拟真实废水的试验中发现，模拟染料废水中的电解质对改性累托石吸附亚甲基蓝过程影响较小.

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