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        改性膨潤土對(duì)印染廢水中染料的去除效果研究

        2014-06-07 05:56:48張鍍光張澤乾
        關(guān)鍵詞:氯化銨烷基膨潤土

        張鍍光 張澤乾

        改性膨潤土對(duì)印染廢水中染料的去除效果研究

        張鍍光 張澤乾

        以鈉基膨潤土為原料,以十二烷基三甲基氯化銨為改性劑,制得改性膨潤土。研究了膨潤土的最佳改性條件和改性膨潤土用于結(jié)晶紫染料廢水脫色的工藝條件,確定了改性膨潤土的最佳制備條件:十二烷基三甲基氯化銨溶液濃度為1 g/L,制備溫度為70 ℃,攪拌時(shí)間為20 min。結(jié)晶紫印染廢水的最佳處理工藝條件為:改性膨潤土投土量為15 g/L,pH值為8,攪拌時(shí)間為20 min。在此工藝條件下,十二烷基三甲基氯化銨改性膨潤土對(duì)結(jié)晶紫染料廢水脫色率可達(dá)85.4%。

        改性膨潤土;印染廢水;結(jié)晶紫;吸附

        印染廢水具有顏色深,COD、BOD 值較高,含有多種有毒物質(zhì),組成復(fù)雜多變,治理難度大等特點(diǎn)。常用的處理方法有吸附法、化學(xué)氧化法和生物處理法等。其中吸附法主要用于預(yù)處理和深度處理[1]。由于吸附材料具有再生利用潛能,因而吸附發(fā)在實(shí)際生產(chǎn)中廣為應(yīng)用。常用的吸附材料有活性炭、粉煤灰、硅藻土及膨潤土等。其中,膨潤土具有很大的比表面積及表面能[2],是去除染料等有機(jī)物的有效吸附材料。但天然膨潤土具有膨脹性及懸浮性,在水介質(zhì)中易分散呈膠體狀態(tài)[3],直接用于染料廢水的處理效果很差,在使用前必須經(jīng)過轉(zhuǎn)型或改性等預(yù)處理。

        本研究采用十二烷基三甲基氯化銨[4]對(duì)鈉基膨潤土進(jìn)行有機(jī)改性,探討膨潤土的最佳改性條件和改性膨潤土用于結(jié)晶紫染料廢水脫色的最佳工藝條件,為改性膨潤土在印染廢水中的應(yīng)用提供參考。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 儀器與試劑

        儀器:722S可見分光光度計(jì)、UV2600型紫外-可見分光光度計(jì)、離心機(jī)、恒溫磁力攪拌器、電子恒溫水浴鍋、精密pH計(jì)、恒溫干燥箱等。

        試劑:鈉基膨潤土、十二烷基三甲基氯化銨、結(jié)晶紫、0.1 mol/L NaOH、0.1 mol/L HCl、去離子水。

        1.2 實(shí)驗(yàn)用印染廢水

        稱取0.002 g的結(jié)晶紫溶于水,轉(zhuǎn)移至1000 mL容量瓶定容,制得2 mg/L的結(jié)晶紫染料[5]。通過紫外-可見分光光度計(jì)掃描,得其最大吸收波長為574 nm。用722S可見分光光度計(jì)測(cè)得其吸光度為0.251。

        1.3 改性膨潤土制備

        向鈉基膨潤土中加入去離子水?dāng)嚢?,再加入十二烷基三甲基氯化銨溶液混合,在恒溫水浴鍋中加熱攪拌后過濾,在60 ℃下烘干濾餅并研磨,過100目篩,即得改性后的膨潤土[6]。

        1.4 改性膨潤土靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)

        在室溫下,用上述改性膨潤土處理結(jié)晶紫印染廢水,探究pH值、攪拌時(shí)間、投土量3個(gè)因素對(duì)印染廢水脫色率的影響。

        實(shí)驗(yàn)時(shí),取10 mL的結(jié)晶紫印染廢水,加入改性膨潤土后,調(diào)pH值,在磁力攪拌器上攪拌后沉淀,離心分離,取上清液,用分光光度計(jì)在574 nm處測(cè)定其吸光度,并由下式[7]計(jì)算脫色率η:

        式中,A0為吸附前溶液的吸光度;A為吸附后溶液的吸光度。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 改性膨潤土最佳制備條件確定

        取結(jié)晶紫印染廢水10 mL,用改性膨潤土處理使其脫色,投土量20 g/L,攪拌30 min,離心10 min,以脫色率為指標(biāo),考察十二烷基三甲基氯化銨溶液濃度、制備溫度、攪拌時(shí)間3個(gè)因素對(duì)改性鈉基土制備的影響。

        2.1.1 十二烷基三甲基氯化銨溶液濃度對(duì)吸附性能的影響

        設(shè)定制備溫度為75 ℃,攪拌時(shí)間為30 min,取7個(gè)燒杯,分別用濃度為0.15、0.25、0.4、0.5、1、1.5、2 g/L的十二烷基三甲基氯化銨溶液制備改性膨潤土,考察不同濃度十二烷基三甲基氯化銨溶液制備的改性膨潤土對(duì)結(jié)晶紫染料的處理效果,結(jié)果見圖1。

        圖1 十二烷基三甲基氯化銨溶液濃度對(duì)脫色率的影響

        由圖1可知,當(dāng)十二烷基三甲基氯化銨溶液濃度小于1 g/L時(shí),脫色率隨其濃度的增加呈上升趨勢(shì);大于1 g/L后呈下降趨勢(shì);當(dāng)濃度等于1 g/L時(shí),脫色率最高,達(dá)到92.4%。因此,十二烷基三甲基氯化銨溶液最佳濃度為1 g/L。

        2.1.2 制備溫度對(duì)吸附性能的影響

        設(shè)定十二烷基三甲基氯化銨溶液濃度為1 g/L,攪拌時(shí)間為30 min,考察50、60、70、75、80 ℃制備溫度下改性膨潤土的吸附效果,如圖2所示。

        圖2 制備溫度對(duì)脫色率的影響

        由圖2可知,當(dāng)溫度低于70 ℃時(shí),隨著溫度的升高,脫色率逐漸上升;高于70 ℃時(shí),脫色率開始逐步下降;最佳制備溫度為70 ℃,此時(shí)脫色率為84.3%。這是因?yàn)闇囟容^低時(shí),十二烷基三甲基氯化銨未被膨潤土有效吸附,隨著制備溫度的升高,其逐步被有效吸附,改性效果明顯,脫色率增加;溫度大于70 ℃時(shí),其因溫度過高而開始分解,脫色率隨著加熱溫度的升高而減小。

        2.1.3 制備時(shí)攪拌時(shí)間對(duì)吸附性能的影響

        設(shè)定十二烷基三甲基氯化銨溶液濃度為1 g/L,制備溫度為70 ℃,攪拌時(shí)間分別設(shè)置為7、10、15、20、25、30 min,考察其對(duì)吸附效果的影響,結(jié)果如圖3所示。

        圖3 攪拌時(shí)間對(duì)脫色率的影響

        由圖3可知,脫色率隨著攪拌時(shí)間的增加而增大,當(dāng)攪拌時(shí)間達(dá)到20 min后,脫色率達(dá)到85.3%,此后增長緩慢,基本保持不變。此時(shí)十二烷基三甲基氯化銨與膨潤土完全混合,被有效地吸附到膨潤土中。因此,選擇攪拌時(shí)間為20 min為宜。

        2.2 改性膨潤土最佳吸附工藝條件確定

        2.2.1 廢水pH值對(duì)脫色率的影響

        取結(jié)晶紫溶液8份,分別用0.1 mol/L HCl 和0.1 mol/L NaOH調(diào)節(jié)廢水pH值為3、4、5、6、7、8、9、10,然后各加入0.2 g改性膨潤土,攪拌30 min,離心分離后吸取上清液,測(cè)其吸光度,結(jié)果如圖4所示。

        圖4 廢水pH值對(duì)脫色率的影響

        由圖4可知,隨著廢水pH值的升高,結(jié)晶紫廢水的脫色率逐步提高。在pH為8時(shí),脫色率達(dá)到最大,為85.1%。此后,隨著pH值升高,脫色率開始下降。表明改性膨潤土處理該結(jié)晶紫廢水的最佳pH值為8。其原因是改性膨潤土在弱堿性環(huán)境下離子交換與吸附性能最大,活性最佳。結(jié)合廢水排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)pH的要求為6~9,選擇pH值為8進(jìn)行脫色最好。

        2.2.2 攪拌時(shí)間對(duì)脫色率的影響

        在pH為8的條件下,取8份結(jié)晶紫溶液,分別加入0.2 g改性膨潤土,攪拌時(shí)間分別設(shè)定為5、8、10、15、18、20、25和30 min。完成后,離心分離并吸取上清液,測(cè)其吸光度,結(jié)果如圖5所示。

        圖5 攪拌時(shí)間對(duì)脫色率的影響

        結(jié)果顯示,隨著攪拌時(shí)間的增加,結(jié)晶紫廢水的脫色率不斷增大。開始階段脫色率增長較快,往后逐漸降低,當(dāng)攪拌時(shí)間達(dá)到20 min時(shí),脫色率基本保持平衡,原因是反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后,吸附與解吸反應(yīng)逐漸達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,脫色率保持穩(wěn)定,不再增加。因此,選擇攪拌時(shí)間為20 min最佳。

        2.2.3 投土量對(duì)脫色率的影響

        在pH為8、攪拌時(shí)間為20 min的條件下,于8只燒杯中分別加入0.04、0.06、0.08、0.10、0.12、0.15、0.18和0.20 g的改性膨潤土及結(jié)晶紫印染廢水10 mL,使其投加濃度分別為4、6、8、10、12、15、18和20 g/L,攪拌后離心分離,吸取上清液,測(cè)其吸光度,結(jié)果如圖6所示。

        圖6 投土量對(duì)脫色率的影響

        由圖6可知,隨著投土量的增大,結(jié)晶紫廢水的脫色率不斷增大,當(dāng)膨潤土的投土量為15 g/L時(shí),脫色率基本達(dá)到最高值,為85.4%。繼續(xù)增大投土量,脫色率增長不明顯,考慮到處理費(fèi)用,選擇投土量為15 g/L較為適宜。

        2.3 原始膨潤土與改性膨潤土處理印染廢水對(duì)比研究

        在印染廢水的pH為8,吸附處理攪拌時(shí)間為20 min的條件下,取10 mL結(jié)晶紫溶液2份,按照投加量為15 g/L分別加入原膨潤土和改性膨潤土,比較兩類膨潤土的處理效果。結(jié)果顯示,原始膨潤土的除色率僅為49.5%,而改性膨潤土的除色率達(dá)到了85.4%。改性膨潤土處理印染廢水的效果要明顯優(yōu)于原始膨潤土。

        3 結(jié)語

        本論文研究了改性膨潤土的最佳制備條件及工藝條件,通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,可以得出以下結(jié)論:

        (1)以十二烷基三甲基氯化銨改性膨潤土的最佳制備條件為:十二烷基三甲基氯化銨溶液濃度為1 g/L,制備溫度為70 ℃,攪拌時(shí)間為20 min。

        (2)結(jié)晶紫印染廢水的最佳處理工藝條件為:改性膨潤土投加量為15 g/L,pH為8,攪拌時(shí)間為20 min。在此工藝條件下,十二烷基三甲基氯化銨改性膨潤土對(duì)結(jié)晶紫染料廢水脫色率可達(dá)85.4%。

        (3)原始膨潤土的除色率僅為49.5%,改性膨潤土的除色率達(dá)到85.4%。改性膨潤土處理印染廢水的效果要明顯優(yōu)于原始膨潤土。

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        X506

        A

        2095-6444(2014)04-0062-03

        2014-07-01

        張鍍光,環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心;張澤乾,北京中環(huán)格億技術(shù)咨詢有限公司。

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