改性伊利石对活性红KD-8B的吸附研究

王秀平，黄晓东，陈小丹，邱 彬

(1.福州大学化学化工学院，福建 福州 350108；2.闽江学院化学与化学工程系，福建 福州 350108)

随着我国纺织行业的发展，越来越多的染料废水排放到水体环境中，破坏了自然水体。目前染料废水的处理方法主要有：絮凝法[1]，吸附法[2-3]，氧化法(化学氧化[4]，光催化法[5]，微波协同法[6])，膜法[7-8]等。考虑到处理的成本与效果，吸附法为首选方法。

伊利石是一种富钾、高铝的层状含水硅酸盐类矿物，具有比表面大、离子交换能力强等性质, 因而可用于环境污染物的吸附。目前伊利石吸附处理环境污染物主要有：金属阳离子[9]、苯酚[10]等。但未见伊利石吸附染料的报道。本文采用壳聚糖改性伊利石，制备新型改性伊利石吸附剂，研究其对阴离子染料活性红KD-8B的吸附性能。

1 试验部分

1.1 试验材料

活性红KD-8B(上海浦东化中染化有限公司)，伊利石(河南中和矿业有限公司)，壳聚糖(国药集团化学试剂有限公司)，试验中所用溶液均用超纯水配制。

1.2 试验仪器

微型植物粉碎机(天津市泰斯特仪器有限公司)，电热恒风鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)，SHA-C型水浴振荡器(巩义市予华仪器有限责任公司)，UV-2550数显紫外可见分光光度计(日本岛津公司)。

1.3 伊利石负载壳聚糖的制备

在600mL烧杯中加入5%冰乙酸100mL，称取(0.3～1.7g)壳聚糖，边快速搅拌溶液边缓慢的加入壳聚糖，搅拌直到得到透明、无硬块的壳聚糖溶液。再将10g的伊利石缓慢加入壳聚糖溶液中，搅拌至充分浸润后再搅拌20min。加入6mol/L NaOH溶液，调节pH值＝10左右，得到凝聚物。用去离子水洗涤糊状物至滤液成为中性，过滤，洗涤，烘干，即得不同壳聚糖负载量的伊利石吸附剂。

1.4 静态吸附试验

称取一定质量的改性伊利石于250mL具塞锥形瓶中，加入25mL不同浓度的活性红KD-8B模拟废水，振荡一定时间后离心分离，在最大波长524.5nm处用分光光度计分析滤液中剩余活性红KD-8B的浓度，计算吸附平衡容量qe和去除率R，公式如下：

式中：qe为平衡吸附容量(mg/g)；C0和Ce为活性红K D-8 B初始质量浓度和吸附平衡后的质量浓度(mg/L)；V为活性红KD-8B的体积(mL)；m为改性伊利石的质量质量(g)；R为去除率(%)。

2 结果与讨论

2.1 壳聚糖负载量的影响

称取负载量为0.3～1.7g，吸附剂0.3g，于250 m L锥形瓶中，加入600 m g/L活性红K D-8 B 25mL，按静态吸附试验方法，考察壳聚糖负载量对活性红KD-8B去除率的影响，结果见图1。

图1 壳聚糖负载量的影响

由图1可知，随着壳聚糖负载量的增大，去除率不断增大，当负载量为1.3g时，去除率达到最大值，负载量继续增大对去除率影响不大。这是因为低负载量时，伊利石表面未被壳聚糖充分覆盖，伊利石表面负电荷与活性红KD-8B分子中阴离子-SO32-基团产生静电相斥，吸附量小，去除率低，随着壳聚糖负载量增高，伊利石表面负电荷逐渐减少，而壳聚糖上-NH3+逐渐增加，因而对吸附有利。因此，壳聚糖负载量选为1.3g。

2.2 初始pH值对吸附的影响

称取改性伊利石0.3g于250mL具塞锥形瓶中，加入不同pH值(用0.1mol/L HCl和0.1mol/L NaOH调节溶液)250mg/L活性红KD-8B 25mL。按静态吸附试验方法，考察初始pH值对吸附的影响，结果见图2。

图2 初始pH值对吸附的影响

由图2可知，在酸性条件下吸附量较大，pH值＝5时，去除率最大。这是因为酸性条件下，活性红KD-8D上的-SO32-与壳聚糖上的-NH3+静电相吸,有利于吸附的进行；但当酸性过强，去除率下降明显，这可能是因为在强酸性条件下，壳聚糖产生酸溶解现象，不利于吸附的进行。因此，初始pH值＝5为最佳吸附条件。

2.3 吸附剂用量的影响

吸附剂用量的影响如图3所示。

图3 吸附剂用量的影响

由图3可知，随着吸附剂量的增加，去除率不断增加，当吸附剂量为0.6g时，去除率趋于稳定，为了节约吸附剂，后续试验选择吸附剂量为0.6g。

2.4 吸附动力学

按静态吸附试验方法，考察不同起始浓度的活性红KD-8D在不同时间吸附效果，结果见图4。

图4 吸附的动力学曲线

由图4可知，初始吸附速率很快，在0～30min内，吸附速率增加很快，随后增加缓慢，120min后达到平衡。

吸附动力学数据通常可分别用准一级动力学方程(3)和准二级动力学方程(4)拟合。

式中：k1为准一级速率常数(min)；k2为准二级速率常数(g/mg·min)；qt和qe分别为时间t 和平衡时的吸附量(mg/g)。

准一级和准二级动力学方程参数见表1。由表1可知，准二级方程的相关系数高于准一级方程的相关系数，且准二级方程qe值与试验值较为接近，这表明吸附动力学符合二级反应动力学模型。

表1 准一级和准二级动力学方程参数

2.5 吸附等温线线性模型

图5为不同温度的吸附等温线，对吸附平衡数据可分别用Langmuir方程(5)和Freundlich方程(6)进行拟合。

图5 不同起始浓度的吸附等温线

式中：Ce为活性红KD-8B的平衡浓度(mg/L)；qe为改性伊利石的平衡吸附量 (mg/L)；qm为改性伊利石的饱和吸附量(mg/g)；b为Langmuir常数(L/mg)；K、n为Freundlich参数。

Langmuir和Freundlich吸附等温式的拟合参数见表2。由表2可知，Langmuir方程拟合优于Freundlich方程。qm与b随着温度升高而增大，说明该吸附过程为吸热过程。

表2 不同起始浓度的吸附等温线模型参数

3 结论

伊利石经壳聚糖改性后，在溶液pH值＝5、壳聚糖负载量为1.3g、吸附剂用量为0.6g时，活性红KD-8B去除率可达92.7%。吸附过程动力学方程符合准二级反应动力学模型，吸附等温线用Langmuir方程的拟合效果优于Freundlich方程拟合效果。

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