泡沫富集法分离废水中的甲基橙染料

黄慧，贾丽华＊，何刘明慧，杨瑞，王金平，郭祥峰,2＊

泡沫富集法分离废水中的甲基橙染料

黄慧1，贾丽华1＊，何刘明慧1，杨瑞1，王金平1，郭祥峰1,2＊

（1.齐齐哈尔大学 化学与化学工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006；2.广东石油化工学院，广东 茂名 525000）

以溴化十六烷基吡啶为发泡剂，研究了其浓度、气速等因素对甲基橙分离效果的影响。在室温25℃，溴化十六烷基吡啶的浓度0.190mmol‧L-1，气速12.1mL‧s-1，装液量40.0mL时，甲基橙有良好的分离效果，其去除率为92.8%，富集比为41.2。该方法在染料废水处理中具有潜在价值。

染料去除；泡沫分离；溴化十六烷基吡啶；甲基橙

染料废水会对环境造成严重的危害[1]。染料废水常用的处理方法有絮凝法[2]、吸附法[3]和泡沫法[4]等，其中泡沫法具有投资少、能耗低、设备简单等优点[4]。表面活性剂作为重要的发泡剂，在泡沫富集处理染料废水中，近年来受到了研究者广泛关注[5-8]。Mahmut等[7]用十六烷基三甲基溴化铵做起泡剂，通过泡沫富集染料，分离去除了水中的阴离子和非离子染料；Yusuke等[8]用泡沫分离法研究了3种表面活性剂对亚甲基蓝和固绿的去除效果，发现十二烷基三甲基氯化铵对阴离子染料固绿去除效果最好，对阳离子染料亚甲基蓝去除效果最差。具有良好的发泡与稳泡性的溴化十六烷基吡啶（CPB），其用于处理甲基橙（MO）染料废水的研究还很少。本文以CPB作为发泡剂，选取MO溶液模拟染料废水，研究CPB浓度、气速等因素对MO分离效果的影响；并以MO的去除率、富集比为评价指标，优化了MO分离的条件。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

CPB和MO均为市售分析纯化学试剂。TU-1901紫外可见分光光度计，K10ST表面张力仪。

1.2 实验过程

取0.0164g MO，用去离子水配制成0.100mmol‧L-1，500mL的母液作为模拟废水。取1.92g CPB，用去离子水配制成0.01mol‧L-1，500mL的母液作为捕集剂。图1为自组装泡沫分离装置（泡沫分离柱高20.4cm，直径为5.0cm）。浮选实验中，由空压机提供的空气，通过流量计可以调节气体流速。调节后的气体被分布器输送到泡沫分离塔的底部，使分离柱中的溶液在气流的作用下鼓泡，泡沫沿壁上升，从顶部溢出，进入收集器，当泡沫停止溢出时结束实验。

图1 泡沫分离装置示意图

1-空压机；2-流量计；3-泡沫分离塔柱；4-泡沫收集器；5-铁架台

1.3 CPB溶液泡沫性能及表面张力的测定

泡沫性能测定：移取1.00×10-2mol‧L-1CPB母液，用去离子水配制成6.20 mmol‧L-1，50mL的CPB分液。移取0.100 mmol‧L-1MO母液与CPB分液混合。取等体积的CPB、CPB-MO混合液分别倒入50mL具塞量筒中，上下振荡20次，记录停止瞬时及5min后泡高。表面张力测定：利用吊环法测定加入MO前后，CPB溶液表面张力的变化。

1.4 MO浓度的测定

利用TU-1901紫外可见分光光度计测定波长468nm处残液中MO吸光度，工作曲线为= 0.0020+ 0.0055。为吸光度，为MO的浓度（mol‧L-1），判定系数2为0.999。

1.5 分离效率评价指标

泡沫分离效率由去除率和富集比表示，公式如下：

式中，0，C和C分别为初始液、残液和泡沫液中MO的浓度；0，V和V分别为初始液、残液和泡沫液中MO的体积[9]。

2 结果与讨论

2.1 MO对CPB溶液泡沫性能和表面张力的影响

表面活性剂溶液的泡沫性能及表面张力对分离有重要影响。因此测试了混合溶液的起泡性能及表面张力。实验结果如图2所示。

图2 MO对CPB溶液起泡性能(A)及表面张力(B)的影响

A:CPB= 6.20mmol‧L-1，MO= 6.00×10-5mol‧L-1；B:MO= 4.00×10-5mol‧L-1

由图2所示，加入MO后，CPB泡沫性能基本不变（44.0mL左右）；但CPB的表面张力明显降低，表明MO的加入促进了CPB在溶液表面的吸附，这源于CPB与MO间的静电作用，使其在界面排列更加紧密。因此可利用CPB作为泡沫浮选剂，去除溶液中的少量MO。

2.2 实验条件对MO分离的影响

为了选取合适的分离条件，对温度、CPB浓度等因素进行了测试，实验结果如图3所示。

图3 温度(A)、CPB浓度(B)、气速(C)及装液量(D)对MO分离效果的影响

A:CPB=MO= 5.00×10-5mol‧L-1；B,C,D:MO= 0.100mmol‧L-1，温度25℃

由图3所示，温度从35℃升高到50℃，458nm处的吸光度增加；超过60℃，吸光度逐渐趋近平稳。这可能是由于CPB与MO通过静电作用在较低的温度下形成的复合物稳定性高，加热后有助于复合物的溶解和解离。因此，浮选在室温条件下进行是有利的。当CPB浓度从0.16mmol‧L-1增大到0.30mmol‧L-1时，由90.0%增至94.4%，由30.0增至30.2后减至18.9。这是因为CPB浓度增大，其起泡性和稳泡性都在逐渐增加，泡沫中的夹液量也在增加，导致增大，减小[10]。因此选取CPB浓度为0.190mmol‧L-1。当气速从10.1mL‧s-1升至16.1mL‧s-1时，由89.7%升到94.4%，由44.8降至23.5。这是因为气速增加导致了单位时间内泡沫数量的增加，使得增大；但随着泡沫上升速率的增快，大量夹带液被带出装置外，导致变小[11]。因此选取气速为12.1 mL‧s-1。当装液量从30.0 mL增至70.0 mL时，由83.4 %升到90.6 %后变化不大，由31.3升到41.2后降至31.7。这是因为装液量较少时，气泡在液相中停留时间长，所以和均增加；装液量过大，使液相液位增高导致气泡排液不充分，更多的液体被带出装置导致消泡体积增大，减小[12]。因此选取装液量为40.0 mL。

3 结论

以CPB为起泡剂和捕集剂，在室温下通过泡沫分离技术可以有效的去除染料废水中的MO。当CPB的浓度为0.190mmol‧L-1，空气流速12.1mL‧s-1，装液量40.0mL时，MO的去除率为92.8%，富集比为41.2。为以CPB作为捕集剂处理染料废水中的MO提供了基础数据。

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Separation of methyl orange dyes from wastewater by foam enrichment method

HUANG Hui1，JIA Li-hua1＊，HE LIU Ming-hui1，YANG Rui1，WANG Jin-ping1，GUO Xiang-feng1,2＊

(1.College of Chemistry and Chemical Engineering, Qiqihar University, Heilongjiang Qiqihar 161006, China; 2.Guangdong Institute of Petrochemical Technology, Guangdong Maoming 525000, China)

Using cetylpyridine bromide as foaming agent, the effects of its concentration and gas velocity on the separation efficiency of methyl orange were studied. At room temperature 25℃, when the concentration of cetylpyridine bromide was 0.190mmol‧L-1, the gas rate was 12.1 mL‧s-1, and the liquid volume was 40.0mL, the methyl orange showed a good separation effect, with the removal rate of 92.8% and the enrichment ratio of 41.2. This method has potential value in dye wastewater treatment.

dye removal；foam separation；cetylpyridinium bromide；methyl orange

2021-02-02

黑龙江省高校基本科研业务费资助项目（135109101）；2018年黑龙江省大学生创新创业训练计划资助项目（201810232017）

黄慧（1997-），女，山东临清人，硕士，主要从事表面活性剂性能测试研究，3203832712@qq.com。

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1007-984X(2021)04-0062-04