改性蔗渣处理染料废水的研究

高 新

(济南市长清区自来水服务中心，山东 济南250300)

近年来， 活性炭吸附法作为防治环境污染的强有力的手段之一，用于水源、饮水净化及工业废水、生活废水处理。制备活性炭的主要原料是木材和煤炭，由于这些资源有限，国内外利用废弃材料制备活性炭，以谋求廉价原料的探索受到了重视，如国内外已开发了利用农作物废弃物[1-5]等来制备活性炭的技术。蔗渣活性炭是一种具有特殊微晶结构、微细孔发达、比表面积巨大、吸附能力强的碳，它作为一种优良吸附剂已广泛应用于制糖、医药、食品等方面。蔗渣的化学组成与木材十分相似，它作为活性炭的原料，可大大降低活性炭的原料成本，提升蔗渣的附加值[6]。

染料废水不但排放量大，而且颜色深、成分复杂、有毒物质多和难以降解，造成严重的环境污染，染料废水的处理是当前热点课题之一[7-8]。 染料废水处理的研究很多，可以分为化学法、物理化学法、生物法或它们之间的优化组合，应用较多的是吸附法，活性炭是工业应用最多的固体吸附剂，但活性炭处理成本太高。 本实验利用农林废弃物甘蔗渣制备改性吸附剂，并利用其处理染料废水，研究了改性蔗渣对染料废水的脱色性能。

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

H2SO4、NaOH 均为分析纯，蔗渣；SHZ-D（Ⅲ）型循环水式真空泵（巩义市英峪予华仪器厂）、722 型分光光度计（天津市拓普仪器有限公司）、DSHZ-300A 旋转式恒温振荡器（太仓实验设备厂）等。

1.2 分析方法

配制染料的标准系列溶液，用722 分光光度计在波长425.5nm 下利测定其吸光度，绘制浓度与吸光度的标准工作曲线如图1 所示。 拟合所得的线性方程为y=0.0089x+0.0087， 标准曲线的线性系数R2 达到0.9999，线性相关性好。

图1 标准工作曲线

1.3 实验方法

1.3.1 改性蔗渣制备

取适量甘蔗渣，置于2.0L 的大烧杯中，加入一定量的浓硫酸溶液搅拌，直至蔗渣完全碳化变黑，然后加入蒸馏水洗至中性，烘干、碾碎、过筛、备用。

1.3.2 吸附实验

在250ml 锥形瓶中加入100mL 一定浓度的染料废水， 调节pH值，加入适量的改性蔗渣，恒温振荡一定时间后，过滤，测滤后液的吸光度。

2 实验结果与讨论

2.1 蔗渣改性

对改性前后的蔗渣用电镜进行扫描， 扫描电镜图见图2。 从图2中可知，未改性蔗渣表面光滑，而改性之后的蔗渣表面不但粗糙而且形成了许多小孔，大大提高了蔗渣的比表面积，从而提高了其吸附性能。

图2 蔗渣的扫描电镜图： （a）原蔗渣（b）改性蔗渣

2.2 蔗渣投加量的影响

在100mL 浓度为100mg/L 的染料废水中投加不同量的改性蔗渣，在室温下吸附反应一定时间后，静置过滤，测滤后液的吸光度，计算脱色率，结果见图3。 从图3 可知染料废水的脱色率随着改性蔗渣投加量的增加而提高，当投加量为0.8g 时，脱色率达97%。 继续加大投加量，脱色率提高不显著。

图3 改性蔗渣投加量对脱色率的影响

2.3 初始pH 值的影响

染料废水初始pH 值对脱色率的影响见图4。由图4 中可知，在酸性或中性条件下，改性蔗渣对染料废水的脱色率较高；在碱性条件下，脱色率随pH 值的提高而大大降低。当pH 值为7 时脱色率效果最佳，此时脱色率达98%。

图4 初始pH 值对处理效果的影响

2.4 吸附等温线

在100mL 初始浓度为20～150mg/L 的染料废水中投加等量的改性蔗渣，在相同条件下吸附平衡后测其吸光度。 用Langmuir 等温吸附方程[9]对所得数据进行拟合，结果见图5。由图5 可知改性蔗渣对染料的吸附符合Langmuir 等温吸附模式， 等温吸附方程为Ce/qe=0.0145Ce+0.3183，R2=0.9801。

图5 Langmuir 吸附等温线

2.5 吸附动力学

为了研究改性蔗渣对染料的吸附机理， 实验选取了初始浓度为50mg/L、100mg/L 和150mg/L 的染料废水作为研究对象， 研究了各初始浓度下随时间的吸附量并用伪二级吸附模型[10]进行拟合，结果见图6。 由图6 可知，改性蔗渣对染料的吸附能很好地用伪二级动力学模型描述。

图6 改性蔗渣吸附染料的t/qt-t 曲线图

3 结论

进行酸改性后的蔗渣对染料废水具有很好的处理效果，当投加量为0.8g/100mL，pH 值为7，在室温下达到吸附平衡后，染料废水的脱色率可达97%以上。 改性蔗渣对染料的吸附符合Langmuir 等温吸附方程， 伪二级吸附动力学可以很好地描述改性蔗渣对染料的吸附行为。

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