各种吸附材料对亚甲基蓝废水处理的研究

孙兰梅,孙宇明，李明阳，宇秉勇，刘长睿，吴军亮，郭兆寿，刘 熠*

(1.沈阳化工研究院设计工程有限公司，辽宁 沈阳 110021；2.沈阳化工研究院有限公司，辽宁 沈阳110021)

亚甲基蓝(MB)属于典型的阳离子染料[1-2],广泛应用于印染、染色，环境治理和监测领域。由于亚甲基蓝废水有机物含量高、色度深、碱性大、水质变化大、生物毒性大，成为较难处理的染料废水之一[3]。

目前,对亚甲基蓝废水的主要处理方法有吸附法、化学氧化法、生物处理法、絮凝沉淀法、光催化法和电解法等。吸附法属于物化处理技术，在废水处理中占有很大比例，吸附法以其能够选择性地富集某些化合物的物性在废水处理领域有着特殊的地位。在染料废水处理方面，吸附法因其独有的优势备受人们的青睐[4]。目前有关吸附法应用于亚甲基蓝废水处理的研究报道很多。吸附是指用多孔固体(吸附剂)将流体(气体或液体)混合物中一种或多种组分积聚或凝缩在表面进而达到分离的目的。迄今为止,工业上使用较多的吸附剂是活性炭、离子交换树脂等，吸附特点和效果各有不同。随着吸附处理技术研究的深入，各种吸附剂不断被引入，为印染废水的治理起到了越来越大的作用。

1 活性炭吸附

活性炭是一种含炭材料制成的外观呈黑色,内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料。活性炭是最早应用也是迄今为止最优良的吸附剂，是目前废水处理普遍采用的吸附剂。活性炭有非常发达的微孔结构和较高的比表面积，具有较强的物理吸附能力；同时活性炭的表面存在大量的含氧基团等，有较强的化学吸附能力。活性炭作为吸附剂不但吸附能力强，而且吸附容量大[5-6]。Emad等[7]使用不同种活性炭，对碱性染料亚甲蓝蓝MB,碱性红BR和碱性黄BY废水进行了吸附研究，结果表明，在pH值=11，颗粒小于106μm时，活性炭吸附效果好，吸附容量顺序为：MB

2 废弃物吸附

研究发现，自然界中的农作物或农产品的废弃物具有潜在的吸附性能，且价格低廉，来源广泛,因此在废水处理方面越来越受到人们的关注。

张仕伟等[9]用外墙保温板残料制备活性炭处理含亚甲基蓝废水，研究了亚甲基蓝在自制活性炭上的吸附模型和最大吸附量。结果表明：在650℃活化温度，30mg/h的水蒸气流量，活化30min制备的活性炭对亚甲基蓝的定温吸附符合Freundlich定温吸附模型，吸附以物理吸附为主，最大吸附量为544.57mg/g。宋娟娟[10]等用低值廉价的橘子皮作为吸附剂，对染料废水中的亚甲基蓝进行吸附，探讨了吸附平衡时间、溶液pH、染料浓度、橘子皮吸附剂的添加量对亚甲基蓝吸附的影响，结果表明：橘子皮生物吸附剂对亚甲基蓝的吸附所需平衡时间为1h，在pH值=10的条件下，亚甲基蓝的的初始浓度为400mg/L，橘子皮用量1g时，橘子皮对亚甲基蓝的吸附率可达到90.55%，吸附量最大为45.3mg/g，等温吸附线符合Langmuir模式，该吸附过程符合二级动力模型。范嘉园等[11]采用农业副产品玉米芯吸附处理蓝色亚甲基蓝，在一定影响因素基础上，利用正交实验优化了吸附反应的最佳条件。在玉米芯粒径28～40目，溶液pH值=3，亚甲基蓝初始浓度100mg/L，料液比为1.5g∶20mL，吸附温度50℃，超声波搅拌20min时，玉米芯对亚甲基蓝去除率达99.137%。

3 生物质炭吸附

生物质炭是指将生物质(如木屑、稻壳、板栗壳、煤、甘蔗叶和梧桐等)通过一定的加工、化学反应生成的炭。利用这些生物质炭制备的活性炭，不仅降低了活性炭的制备成本，还达到了以废治废的目的。

赵小红等[12]以竹子为原料，采用氯化锌法制备活性炭，结果表明经过改性的活性炭对甲基蓝的脱色率比改性前提高了28.9%。王湖坤[13]等人利用 ZnCl2溶液活化法获得核桃壳质活性炭，并研究了以亚甲基蓝为模拟吸附质的吸附性能。结果表明，改良后的吸附剂可以去除高达 79%的 CODCr和100% 的色度，出水的各项水质均符合排放标准。廖钦洪[17]等人以稻壳为原料,采用K2CO3活化法和H3PO4活化法制备了比表面积为1312m2/g和682m2/g的活性炭，通过扫描电子显微镜(SEM)、X-射线仪(XRD)对样品进行了表征，并将孔隙发达的活性炭样品用于对亚甲基蓝的吸附，结果表明，K2CO3活化法制备的活性炭样品具有更多的微孔结构；随着亚甲基蓝初始浓度的增加、活性炭吸附时间的延长，亚甲基蓝的去除呈现逐渐降低和逐渐增大的变化规律，当pH值为6时，活性炭对亚甲基蓝的吸附效果最佳；稻壳基活性炭对亚甲基蓝的吸附等温曲线复合Langmuir模型，Qm最高可达476.2mg/g。

4 化学改性吸附剂

高玉红[15]等分别采用碱改性、酸改性、高温改性、超声波改性和助溶剂改性5种方法对粉煤灰进行改性处理，研究改性后的粉煤灰对亚甲基蓝废水的吸附效果及最佳吸附条件。实验结果表明，氢氧化钠改性后的的粉煤灰对亚甲基蓝的吸附性能最好，最佳吸附时间为60min，吸附温度为60℃，pH值=7，NaOH改性粉煤灰对亚甲基蓝的吸附过程符合Langmuir等温方程式。雒和明[16]等以废弃焦粉为原料,50%硝酸为改性剂,借助JSM、XPS分析测试方法表征其结构。考察了改性焦粉、焦粉对亚甲基蓝吸附性能、吸附平衡等温线、秥附几率和活化能，用Weber-Morris曲线研究吸附机理。结果表明，硝酸改性焦粉是硝酸刻蚀焦粉表面增加孔结构，增大表面积、表面氧化形成较为丰富含氧功能组的过程；改性焦粉对亚甲基蓝吸附性能明显优于焦粉；改性焦粉吸附量随亚甲基蓝溶液浓度、pH的增大而增加；吸附过程符合Langmuir、Freundlich吸附等温式；秥附几率和活化能分别为S=0.1977、2.5635KJ/mol；该吸附过程主要为颗粒内扩散控制得物理吸附。

5 污泥活性炭吸附

康婷婷[17]等采用污泥活性炭处理亚甲基蓝模拟废水，研究了模拟废水的初始浓度、污泥活性炭投加量、pH值、水溶液吸附时间等因素对染料废水的脱色率和COD去除率的影响，探讨污泥活性炭处理染料废水的适宜工艺条件。实验结果表明：随着染料废水初始浓度的增大，脱色率和COD去除率均表现下降趋势；随着污泥活性炭投加量的增加，脱色率和COD去除率效果十分明显；随着模拟废水pH的增大，其脱色率基本呈现增大趋势，而COD去除率则先增大后减小，当pH 值在7.6～7.8时，脱色率与COD去除率均出现最大值；在延长水浴时间的同时，脱色率和COD去除率均表现出较好的效果。刘亚纳[18]等以剩余污泥为原料，氯化锌为活化剂制备污泥活性炭。研究了初始pH值，吸附温度及离子强度对污泥活性炭吸附亚甲基蓝效果的影响。采用高分辨电子扫描电镜和氮吸脱附曲线对污泥活性炭进行了表征。结果表明，随着pH值的升高，吸附量增大，碱性条件下最好。在15～55℃的范围内，亚甲基蓝的吸附量的吸附量先增加后降低，温度为35℃时吸附量达到最大值。加入氯化钠后的污泥活性炭的吸附能力变弱，但随着离子强度的增大，变弱的强度减少，污泥活性炭以中孔为主和污泥活性炭具有不规则结构，预示着污泥活性炭较高的吸附能力。

文献中,人们对亚甲基蓝废水的吸附研究，绝大部分都是采用模拟废水，成分单一,并未使用实际废水,只是进行了动力学理论研究。实际的亚甲基蓝废水组成极为复杂，往往含有悬浮物，高含盐等，需要综合考虑，今后研究的重点应放到亚甲基蓝实际废水的应用研究。