宋娟娟
摘 要:用FeCl3、AlCl3、FeSO4對茶渣進行改性,研究改性后的茶渣對含酚廢水的吸附性能。探討了溶液的初始濃度、pH值和時間及溫度等因素對吸附性能的影響,并探討了等溫吸附過程。結(jié)果表明,F(xiàn)eCl3對茶渣的改性效果最好,用此改性茶渣對苯酚進行吸附,在溶液pH為9.0,苯酚初始溶度為200mg/L,投加200目改性茶渣2.5g,溫度50℃下吸附60min時吸附效果最好,最大吸附量為8.5mg/g。
關鍵詞:改性茶渣;含酚廢水;吸附
1 緒論
隨著工業(yè)化的發(fā)展,排向環(huán)境中的含酚廢水越來越多,由于其具有很強的毒性,已經(jīng)受到國內(nèi)外廣泛關注。目前含酚廢水的傳統(tǒng)處理方法主要有萃取法、生物處理法;新興技術則有光催化技術、臨界水氧化技術、電催化技術、超聲降解技術[1]。茶葉渣是沖泡后的茶葉渣滓。茶葉和茶湯中含有多種多樣的含氧、氮、磷和硫的活性基團這些基團在適宜條件下與金屬離子發(fā)生不同反應,使多種金屬離子沉淀。國內(nèi)茶葉的吸附研究處于起步階段,茶葉作為吸附材料,對金屬離子的吸附已有許多報道[2],但對有機分子的吸附研究較少。本研究通過改性過的茶葉渣來處理含酚廢水,旨在找到一種新的以廢治廢的含酚廢水處理技術。
2 實驗部分
2.1 試劑與儀器
試劑:茶葉(市售綠茶);氯化銨;氨水;鐵氰化鉀;4-氨基安替比林,苯酚、三氯化鐵、硫酸亞鐵等均為分析純。
儀器:So8-h2調(diào)速振蕩器、T6新悅可見分光光度計、PHS-3C型酸度計、SHA-B水浴恒溫振蕩器。
2.2 實驗方法
2.2.1 茶葉渣的制備和茶渣改性的方法
將市售綠茶浸泡2次:第一次用90℃自來水浸泡,浸泡時間為12h;后將茶湯濾去,再加蒸餾水浸泡12h。浸泡完后過濾,將濾后的茶葉在烘箱中110℃下烘干后,研磨成粉末,并分別用200目,100目,80目,60目,40目,10目的篩子進行分類。放置在干燥皿中備用[3]。室溫下,取1g茶葉渣置于1.5mol/L的改性劑中攪拌1h,然后用真空泵進行抽濾,再將其置于105℃下烘干24h,即得到改性茶葉,改性茶葉放置干燥皿中備用。
2.2.2 改性茶葉渣對含酚廢水的去除效果實驗
室溫下,稱取一定量的改性茶葉,加入盛有一定濃度模擬苯酚溶液的錐形瓶中,調(diào)節(jié)pH,在恒溫振蕩器上震蕩吸附至平衡,取上層清液3份,做平行實驗,用分光光度法(λ=510nm)測定其中苯酚殘余濃度。
3 結(jié)果與分析
3.1 改性劑的選擇
在苯酚濃度為40mg/L;溶液體積為50mL;粒徑100目的改性茶葉渣加入1g的條件下,考察不同改性劑對苯酚吸附效果的影響,其中改性劑的濃度均為1.5mol/L,做三組平行實驗,結(jié)果見表1。
由此可見加入改性劑后吸附性能有所提高,在三種改性劑中,三氯化鐵的改性效果最好,氯化鋁次之,硫酸亞鐵最差。因此,以下實驗均選用三氯化鐵改性后的茶渣作為吸附劑。
表1 改性劑的選擇實驗結(jié)果
3.2 茶渣的粒徑對吸附量的影響
分別向6組50mL的100mg/L模擬含酚廢水中加入200目、100目、80目、60目、40目、10目改性后茶渣1g,調(diào)節(jié)pH為2,常溫下震蕩60min,過濾后得上清液,測定吸光度。研究茶渣粒徑與對吸附量的影響。如圖1。
由圖1可以看出,茶渣對苯酚的吸附量隨著茶渣粒徑的減小而增大,當茶渣的粒徑小于100目時,對吸附的影響不大,因此實驗選擇100目的茶渣做吸附劑。
3.3 溶液初始濃度對吸附量的影響
配制50mL濃度分別為40.0mg/L、60.0mg/L、80.0mg/L、100.0mg/L、150.0mg/L、200.0mg/L、300.0mg/L和500.0mg/L的苯酚溶液,調(diào)節(jié)pH為2,稱取1g的100目的改性茶渣8份,分別放入各苯酚溶液中,將溶液在室溫下振蕩60min后,取出測量吸光度值,研究溶液初始濃度對苯酚吸附量的影響,結(jié)果如圖2。
圖2 室溫下,初始濃度對吸附量的影響
由圖2可知,室溫下,隨著初始濃度的增加,吸附量增加。當初始濃度大于200mg/L時,吸附量變化不大,說明初始濃度在200mg/L時,改性茶葉吸附達到飽和。所以以下實驗,苯酚溶液初始濃度均選用200mg/L。
3.4 pH對吸附量的影響
配制50mL濃度為200mg/L的苯酚溶液6份,并調(diào)節(jié)pH分別為3、5、7、9、11和12,分別加入用氯化鐵改性好的茶渣1g,將苯酚溶液置于振蕩器中振蕩60min,研究pH對苯酚溶液吸附量的影響,結(jié)果如圖3。
圖3 在200mg/L的初始濃度下,pH對吸附量的影響
由圖3可知,在初始濃度200mg/L下,溶液pH值在1.0至9.0時,改性茶葉對苯酚的吸附量隨著pH的增大而增大;當溶液pH大于9.0時,隨著溶液pH值的增大,吸附量反而減小。這是由于pH過高,改性茶葉上的Fe3+生成Fe(OH)3沉淀而解吸到溶液中,影響了吸附,所以最佳吸附pH為9.0。以下實驗溶液的pH均調(diào)為9.0。
3.5 吸附時間對吸附量的影響
配制50mL濃度為200mg/L的苯酚溶液7份,調(diào)節(jié)pH為9.0,分別向苯酚溶液中加入1g改性茶葉,調(diào)節(jié)振蕩器時間為70min,每隔十分鐘取出一瓶,研究吸附時間對苯酚溶液吸附量的影響,結(jié)果見圖4。
圖4 吸附時間對吸附量的影響
由圖4可知,初始濃度200mg/L,pH為9.0時,吸附量隨著時間的增長而增加,當吸附時間達到60min后,吸附量基本保持不變,達到吸附平衡。開始時吸附很快是由于苯酚主要吸附在三氯化鐵改性茶葉的表面,隨著吸附時間的延長,苯酚逐漸進入三氯化鐵改性茶葉的孔隙而被吸附,因為苯酚通過茶葉孔隙阻力增大,傳質(zhì)速度減慢,吸附率隨吸附時間緩慢增加,直至達到吸附平衡。為保證達到吸附平衡,后面的實驗吸附時間選為60min。endprint
3.6 茶渣的投加量對吸附的影響
配制50mL濃度為200mg/L的苯酚溶液8份,并調(diào)節(jié)pH分別為9,分別加入改性茶渣0.5g,1g,1.5g,2g,2.5g,3g,4g,5g,再將苯酚溶液置于振蕩器中振蕩60min,研究茶渣投加量對苯酚溶液吸附量的影響,結(jié)果如圖5。
圖5 茶渣投加量對吸附量的影響
由圖5可以看出,隨著茶渣投加量的增加,吸附量越來越大,但當投加量大于2.5g時,吸附量變化不大,說明在投加量大于2.5g時,溶液中的苯酚已經(jīng)吸附飽和,因此實驗中采用2.5g的茶渣投加量。
3.7 溶液溫度對吸附量的影響
配制50ml濃度為200mg/L的苯酚溶液6份,調(diào)節(jié)pH為9.0左右,分別置于20℃、30℃、40℃、50℃、60℃和70℃的振蕩儀中,將2.5g改性茶葉分別加入到各苯酚溶液中,吸附時間為60min,研究溫度對苯酚溶液吸附量的影響,繪制成曲線分布圖,結(jié)果見圖6。
圖6 溶液溫度對吸附量的影響
由圖6可知,在低溫條件下,隨著溫度的升高,苯酚的吸附量變化較大,這是由于加熱蒸煮導致改性茶葉內(nèi)部纖維發(fā)生溶漲作用,分析擴散加快;當溫度高于50℃后,隨著溫度的升高,吸附量會減少,這是由于溫度較高時破壞了三氯化鐵改性茶葉的吸附表面,溫度升高加速離子的運動,會使三氯化鐵改性茶葉上的Fe3+溶解到溶液中,不利于吸附,因此,溫度控制在50℃較好。[5]
4 結(jié)束語
用FeCl3改性后的廢棄茶葉渣對廢水中的苯酚有較強的吸附能力,吸附主要受PH值和溫度的影響。在溶液pH為9.0,苯酚初始溶度為200mg/L,投加200目改性茶渣2.5g,溫度50℃下吸附60min時吸附效果最好。本研究不但對保護環(huán)境、維護人體健康、促進經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義,而且對開拓茶葉渣的應用有重要意義。
參考文獻
[1]吳勇民,李浦,黃咸雨,等.含酚廢水處理新技術及其發(fā)展研究前景[J].環(huán)境科學域管理2007,32(2):150-153.
[2]劉方明,劉劍.含酚廢水的處理[J].黑龍江環(huán)境通報,2010,24(11):80-90.
[3]黃江勝.改性茶葉對工業(yè)廢水的吸附性能研究[J].安徽:安徽工業(yè)大學,2010(4):19-20.
[4]張芳西,金承基,周淑芬.含酚廢水的處理與利用[M].北京:化學工業(yè)出版社,1983.
[5]臧花運,蘇小歡,曾寶強.生物化學法處理含酚廢水的研究進展[J].新疆環(huán)境保護,2005,27(1):28-31.endprint
3.6 茶渣的投加量對吸附的影響
配制50mL濃度為200mg/L的苯酚溶液8份,并調(diào)節(jié)pH分別為9,分別加入改性茶渣0.5g,1g,1.5g,2g,2.5g,3g,4g,5g,再將苯酚溶液置于振蕩器中振蕩60min,研究茶渣投加量對苯酚溶液吸附量的影響,結(jié)果如圖5。
圖5 茶渣投加量對吸附量的影響
由圖5可以看出,隨著茶渣投加量的增加,吸附量越來越大,但當投加量大于2.5g時,吸附量變化不大,說明在投加量大于2.5g時,溶液中的苯酚已經(jīng)吸附飽和,因此實驗中采用2.5g的茶渣投加量。
3.7 溶液溫度對吸附量的影響
配制50ml濃度為200mg/L的苯酚溶液6份,調(diào)節(jié)pH為9.0左右,分別置于20℃、30℃、40℃、50℃、60℃和70℃的振蕩儀中,將2.5g改性茶葉分別加入到各苯酚溶液中,吸附時間為60min,研究溫度對苯酚溶液吸附量的影響,繪制成曲線分布圖,結(jié)果見圖6。
圖6 溶液溫度對吸附量的影響
由圖6可知,在低溫條件下,隨著溫度的升高,苯酚的吸附量變化較大,這是由于加熱蒸煮導致改性茶葉內(nèi)部纖維發(fā)生溶漲作用,分析擴散加快;當溫度高于50℃后,隨著溫度的升高,吸附量會減少,這是由于溫度較高時破壞了三氯化鐵改性茶葉的吸附表面,溫度升高加速離子的運動,會使三氯化鐵改性茶葉上的Fe3+溶解到溶液中,不利于吸附,因此,溫度控制在50℃較好。[5]
4 結(jié)束語
用FeCl3改性后的廢棄茶葉渣對廢水中的苯酚有較強的吸附能力,吸附主要受PH值和溫度的影響。在溶液pH為9.0,苯酚初始溶度為200mg/L,投加200目改性茶渣2.5g,溫度50℃下吸附60min時吸附效果最好。本研究不但對保護環(huán)境、維護人體健康、促進經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義,而且對開拓茶葉渣的應用有重要意義。
參考文獻
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[5]臧花運,蘇小歡,曾寶強.生物化學法處理含酚廢水的研究進展[J].新疆環(huán)境保護,2005,27(1):28-31.endprint
3.6 茶渣的投加量對吸附的影響
配制50mL濃度為200mg/L的苯酚溶液8份,并調(diào)節(jié)pH分別為9,分別加入改性茶渣0.5g,1g,1.5g,2g,2.5g,3g,4g,5g,再將苯酚溶液置于振蕩器中振蕩60min,研究茶渣投加量對苯酚溶液吸附量的影響,結(jié)果如圖5。
圖5 茶渣投加量對吸附量的影響
由圖5可以看出,隨著茶渣投加量的增加,吸附量越來越大,但當投加量大于2.5g時,吸附量變化不大,說明在投加量大于2.5g時,溶液中的苯酚已經(jīng)吸附飽和,因此實驗中采用2.5g的茶渣投加量。
3.7 溶液溫度對吸附量的影響
配制50ml濃度為200mg/L的苯酚溶液6份,調(diào)節(jié)pH為9.0左右,分別置于20℃、30℃、40℃、50℃、60℃和70℃的振蕩儀中,將2.5g改性茶葉分別加入到各苯酚溶液中,吸附時間為60min,研究溫度對苯酚溶液吸附量的影響,繪制成曲線分布圖,結(jié)果見圖6。
圖6 溶液溫度對吸附量的影響
由圖6可知,在低溫條件下,隨著溫度的升高,苯酚的吸附量變化較大,這是由于加熱蒸煮導致改性茶葉內(nèi)部纖維發(fā)生溶漲作用,分析擴散加快;當溫度高于50℃后,隨著溫度的升高,吸附量會減少,這是由于溫度較高時破壞了三氯化鐵改性茶葉的吸附表面,溫度升高加速離子的運動,會使三氯化鐵改性茶葉上的Fe3+溶解到溶液中,不利于吸附,因此,溫度控制在50℃較好。[5]
4 結(jié)束語
用FeCl3改性后的廢棄茶葉渣對廢水中的苯酚有較強的吸附能力,吸附主要受PH值和溫度的影響。在溶液pH為9.0,苯酚初始溶度為200mg/L,投加200目改性茶渣2.5g,溫度50℃下吸附60min時吸附效果最好。本研究不但對保護環(huán)境、維護人體健康、促進經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義,而且對開拓茶葉渣的應用有重要意義。
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