張春麗,邢 琦,任廣軍
(1. 西藏大學(xué)理學(xué)院,西藏 拉薩 850000; 2. 沈陽理工大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,遼寧 沈陽110159)
糠醛是重要的有機化工原料,用途十分廣泛,在糠醛生產(chǎn)中會產(chǎn)生廢渣,生產(chǎn)1 t糠醛將產(chǎn)生10 t以上的糠醛濕渣[1]。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展,糠醛的需求越來越大,糠醛的產(chǎn)量越來越多,糠醛渣的排放量自然也日益增加??啡U渣成本低廉、來源廣泛、使用后不會產(chǎn)生二次污染,可以在不同行業(yè)應(yīng)用[2-4]。任廣軍等利用糠醛渣作吸附劑,研究了其對水中吸附效果[5,6]。
糠醛渣富含纖維,但這些纖維素經(jīng)過高壓硫酸的作用,表面羥基被破壞,吸附能力減弱。為提高其吸附性能,本實驗采用環(huán)氧氯丙烷對糠醛渣進行改性,制備環(huán)氧化糠醛渣。
101型電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱(北京市永光明醫(yī)療儀器廠);FW200高速中藥粉碎機(天津華鑫儀器廠);標(biāo)準(zhǔn)檢驗篩(上虞市宏興儀器廠); SL電子天平(上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司); SHA-B水浴恒溫振蕩器(上海浦東物理光學(xué)儀器廠); VIS-723型可見分光光度計(上海精密儀器有限公司制造). 45 μm微孔濾膜,(上海市新亞凈化器件廠) ;磁力攪拌器,(BJ-2,金壇后陽醫(yī)療器械廠)
亞甲基藍(分析純,并用二次蒸餾水配成所需溶液).氫氧化鈉溶液,環(huán)氧氯丙烷。
糠醛渣從沈陽某糠醛有限公司獲得。將糠醛渣用自來水反復(fù)清洗過濾,直到其濾液為中性。在80℃下烘干研磨過177μm篩。之后于20%的氫氧化鈉溶液中攪拌0.5 h后再浸泡18 h,然后用自來水清洗至中性,再放入烘箱中烘干,得到堿化的糠醛渣。將一定量上述糠醛渣投入裝有電動攪拌器的三口燒瓶中,加入一定量的10%的氫氧化鈉溶液,在一定溫度下,緩慢滴入環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)一定時間,然后過濾洗滌至中性,在 80 ℃下烘干研磨過 177μm篩,得到環(huán)氧氯丙烷改性糠醛渣。
在一組 250 mL錐形瓶中,分別加入 50 mL,50 mg·L-1的亞甲基藍溶液,再分別加入準(zhǔn)確稱量的改性糠醛渣,在室溫下,以 160 r·min-1振蕩 60 min,測定其中亞甲基藍的殘留量(亞甲基藍的分析采用分光光度法,波長為665 nm),計算水溶液中亞甲基藍的去除率.其中去除率與計算如下:
式中 : η—去除率;
C0—初始濃度,mg/L;
Ce—平衡濃度,mg/L。
預(yù)先設(shè)定反應(yīng)溫度為40 ℃;環(huán)氧氯丙烷濃度為70%;糠醛渣與環(huán)氧氯丙烷質(zhì)量比為1︰4;考察反應(yīng)時間對改性糠醛渣性能的影響,結(jié)果如圖1所示。
圖1 反應(yīng)時間的影響Fig.1 Effect of the reaction time
由圖1可以看出,隨著糠醛渣與環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)時間的增加,改性糠醛渣對亞甲基藍的吸附去除率先逐漸增大,再逐漸減小。30 min時達到最大值。去除率達到95%。這說明反應(yīng)初始階段新孔的形成占主導(dǎo)地位,吸附能力增強;反應(yīng)進行到一定時間后,先生成的部分微孔結(jié)構(gòu)可能被破壞,引起孔徑增大,吸附性能下降。故糠醛渣與環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)時間取30 min最佳。
預(yù)先設(shè)定反應(yīng)時間為30 min,環(huán)氧氯丙烷濃度為70%;糠醛渣與環(huán)氧氯丙烷質(zhì)量比為1︰4, 考察反應(yīng)溫度對改性糠醛渣性能的影響,結(jié)果如圖2所示。
由圖2可以看出,隨著反應(yīng)溫度的升高,改性糠醛渣對亞甲基藍的吸附去除率逐漸升高,60 ℃時到最大值;去除率為97.8%。當(dāng)溫度的進一步升高,吸附量稍有下降,這說明在反應(yīng)過程中,反應(yīng)產(chǎn)物新孔結(jié)構(gòu)的形成和破壞是同時進行的,隨著溫度的升高,反應(yīng)速度加快,產(chǎn)生大量的微孔,但溫度過高,孔結(jié)構(gòu)的破壞占優(yōu)勢。故改性反應(yīng)溫度取60 ℃為宜。
圖2 反應(yīng)溫度的影響Fig.2 Effect of the reaction temperature
預(yù)先設(shè)定反應(yīng)時間為 30 min,反應(yīng)溫度為 60℃,糠醛渣與環(huán)氧氯丙烷質(zhì)量比為1︰4,考察環(huán)氧氯丙烷濃度對改性糠醛渣性能的影響,結(jié)果如圖 3所示。
圖3 環(huán)氧氯丙烷濃度的影響Fig.3 Effect of the reaction concentration
由圖3可以看出:當(dāng)環(huán)氧氯丙烷濃度由10%增至 70%時,亞甲基藍去除率逐漸從 94%增加到98.8%;而當(dāng)環(huán)氧氯丙烷濃度再繼續(xù)增至100%時,亞甲基藍吸附量反而下降。故環(huán)氧氯丙烷濃度取70%為宜。
預(yù)先設(shè)定反應(yīng)時間為 30 min,反應(yīng)溫度為 60℃,環(huán)氧氯丙烷濃度為70%,考察糠醛渣與環(huán)氧氯丙烷質(zhì)量比對改性糠醛渣性能的影響,結(jié)果如圖 4所示。
由圖4可知,隨著糠醛渣與環(huán)氧氯丙烷質(zhì)量比的增加,亞甲基藍的去除率增加,當(dāng)糠醛渣與環(huán)氧氯丙烷質(zhì)量比為1︰4時,亞甲基藍的去除率達到最大值 98.5%。當(dāng)糠醛渣與環(huán)氧氯丙烷質(zhì)量比超過 1︰4時,亞甲基藍的去除率開始下降,因此,糠醛渣與環(huán)氧氯丙烷質(zhì)量比為1︰4的比值為最佳。
圖4 固液比的影響Fig. 4 Effect of solid-to-liquid ratio
(1)利用環(huán)氧氯丙烷可以和糠醛渣發(fā)生醚化反應(yīng),制備改性糠醛渣,從而提高纖維素的吸附性能,改性后的糠醛渣吸附亞甲基藍溶液的去除率可達98%。
(2)環(huán)氧氯丙烷改性糠醛渣的最佳改性條件為反應(yīng)時間30 min,反應(yīng)溫度60 ℃,環(huán)氧氯丙烷濃度70%,固液比1︰4。
(3)以糠醛渣作為吸附劑處理含亞甲基藍廢水,是一種有效的方法.該方法實現(xiàn)了以廢治廢的廢物資源化目標(biāo),具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。
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