朱振華　張藝　李小敏

(1.伊犁師范學(xué)院污染物化學(xué)與環(huán)境治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　新疆伊寧 835000；2.伊犁師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院　新疆伊寧 835000)

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粉煤灰對(duì)水中酸性品紅的吸附研究*

朱振華1，2張藝1，2李小敏1，2

(1.伊犁師范學(xué)院污染物化學(xué)與環(huán)境治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室新疆伊寧 835000；2.伊犁師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院新疆伊寧 835000)

摘要以粉煤灰為吸附劑，研究了粉煤灰對(duì)酸性品紅的吸附效果。選取了粒徑、投加量、溫度、時(shí)間、轉(zhuǎn)速、染料濃度6個(gè)因素進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，研究了各個(gè)因素對(duì)粉煤灰的影響，研究表明，粉煤灰對(duì)酸性品紅的吸附效果很好，最高去除率可達(dá)99.63%；并且從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩方面對(duì)粉煤灰吸附酸性品紅的過(guò)程進(jìn)行擬合，結(jié)果表明，粉煤灰對(duì)酸性品紅吸附的熱力學(xué)過(guò)程比較符合模型LangmuirEXT1，動(dòng)力學(xué)過(guò)程比較符合準(zhǔn)一級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)方程BoxLucas1。

關(guān)鍵詞粉煤灰吸附酸性品紅

Study on Adsorption of Acid Fuchsin in Water by Fly Ash

ZHU Zhenhua1，2ZHANG Yi1，2LI Xiaomin1，2

(1.KeyLaboratoryofPollutantsofChemicalandEnvironmentalControl,YiliNormalUniversityYining,Xinjiang835000)AbstractIn this paper, the adsorption of fly ash on acid fuchsin is studied by using fly ash as the adsorbent. 6 factors, such as diameter, dosage, temperature, time, speed and dye concentration, are selected to conduct single factor experiment and to study the effects of various factors on fly ash. The research shows that the adsorption of fly ash on acid fuchsin is satisfying and the highest removal rate can be up to 99.63%; from the two aspects of thermodynamics and kinetics, the adsorption of fly ash on acid fuchsin is fitted and the results show that the thermodynamic process of the adsorption conforms to model EXT1 and the dynamic process agrees with the pseudo first order adsorption kinetic equation.Key Wordsfly ashadsorptionacid fuchion

0引言

吸附法是處理印染廢水中污染物的重要方法，目前工業(yè)生產(chǎn)主要應(yīng)用活性炭作為吸附劑，但活性炭存在著生產(chǎn)成本高、再生困難等缺點(diǎn)[1]?，F(xiàn)在常用的染料廢水處理方法主要有生物降解[2-3]、氧化[4]、膜技術(shù)[5]和吸附[6]。如今我國(guó)煤化工項(xiàng)目的發(fā)展必定會(huì)產(chǎn)生大量的粉煤灰，如何將粉煤灰綜合利用成為了國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。粉煤灰本身具有多孔的結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，具有很好的吸附效果。本試驗(yàn)采用粉煤灰對(duì)水中酸性品紅進(jìn)行吸附，研究了粉煤灰粒徑、粉煤灰投加量、吸附溫度、吸附時(shí)間、搖床轉(zhuǎn)速、品紅溶液濃度對(duì)去除率的影響，并從動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)角度研究了粉煤灰對(duì)酸性品紅的吸附與吸附模型的擬合情況。

1材料與方法

原料為粉煤灰，來(lái)自伊犁師范學(xué)院鍋爐。主要儀器有GZX-9146MBE數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱、JA5103N電子天平、723PC可見(jiàn)分光光度計(jì)、QYC-200恒溫培養(yǎng)搖床、TG16-WS臺(tái)式高速離心機(jī)。

實(shí)驗(yàn)先將洗凈后的粉煤灰干燥后備用，通過(guò)向酸性品紅中加入不同量的粉煤灰，攪拌后震蕩30 min，靜置15 min后離心，利用分光光度計(jì)(波長(zhǎng)為540 nm)測(cè)定吸附后的溶液吸光度，計(jì)算去除率。

2結(jié)果與分析

2.1單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1粉煤灰粒徑對(duì)酸性品紅吸附效果的影響

固定吸附溫度為20 ℃，吸附劑投加量為0.02 g，吸附時(shí)間0.2 h，轉(zhuǎn)速150 r/min。研究粉煤灰不同粒徑(48，80,120,150,180 μm)對(duì)酸性品紅吸附效果的影響，見(jiàn)圖1。

圖1表明，粉煤灰對(duì)酸性品紅去除率隨著粉煤灰粒徑的減小而升高，在48 μm達(dá)到最高值89.91%；而在120 μm時(shí)斜率最大。

圖1　粉煤灰不同粒徑對(duì)酸性品紅吸附效果的影響

2.1.2粉煤灰投加量對(duì)酸性品紅吸附效果的影響

粉煤灰過(guò)孔徑48 μm的篩，吸附溫度為20 ℃，吸附時(shí)間0.2 h，轉(zhuǎn)速150 r/min。研究粉煤灰的投加量(0.02，0.04 ，0.06 ，0.08，0.1 g)對(duì)酸性品紅吸附效果的影響，見(jiàn)圖2。

圖2　粉煤灰不同投加量對(duì)酸性品紅吸附效果的影響

由圖2可以看出，粉煤灰對(duì)酸性品紅的去除率隨著投加量的增加而增加，在投加量為0.1 g的時(shí)候效果最好，達(dá)到91.96%。

2.1.3吸附溫度對(duì)酸性品紅吸附效果的影響

固定粉煤灰過(guò)孔徑48 μm的篩，吸附劑投加量為0.1 g，吸附時(shí)間0.2 h，轉(zhuǎn)速150 r/min。研究吸附溫度(20，30，40，50，60，70 ℃)對(duì)酸性品紅吸附效果的影響，見(jiàn)圖3。

圖3　粉煤灰不同吸附溫度對(duì)酸性品紅吸附效果的影響

由圖3可知，粉煤灰對(duì)酸性品紅的去除率隨著吸附溫度的增加而增加，在吸附溫度為70 ℃時(shí)效果最好；在吸附溫度為40 ℃時(shí)斜率最大。

2.1.4吸附時(shí)間對(duì)酸性品紅吸附效果的影響

固定粉煤灰過(guò)孔徑48 μm的篩，吸附溫度為60 ℃，吸附劑投加量為0.1 g，轉(zhuǎn)速150 r/min。研究不同吸附時(shí)間(0.1，0.2，0.3，0.4，0.5 h)對(duì)改性粉煤灰吸附效果的影響，見(jiàn)圖4。

從圖4可以看出，粉煤灰對(duì)酸性品紅的去除率隨著吸附時(shí)間的升高而升高，在0.5 h達(dá)到最高值；其中在0.2 h時(shí)斜率最大。

圖4　粉煤灰不同吸附時(shí)間對(duì)酸性品紅吸附效果的影響

2.1.5轉(zhuǎn)速對(duì)酸性品紅吸附效果的影響

固定粉煤灰過(guò)孔徑48 μm的篩，吸附溫度為20 ℃，吸附劑投加量為0.1 g，吸附時(shí)間0.2 h。研究不同轉(zhuǎn)速(60，100，140，180，220 r/min)對(duì)粉煤灰吸附效果的影響，見(jiàn)圖5。

圖5　粉煤灰不同轉(zhuǎn)速對(duì)酸性品紅吸附效果的影響

從圖5可以看出，粉煤灰對(duì)酸性品紅的去除率隨著轉(zhuǎn)速的升高而升高，在220 r/min達(dá)到最高值且斜率最大。

2.1.6品紅溶液濃度對(duì)粉煤灰吸附效果的影響

固定粉煤灰過(guò)孔徑48 μm的篩，吸附溫度為25 ℃，吸附劑投加量為0.1 g，吸附時(shí)間0.2 h，轉(zhuǎn)速150 r/min。研究品紅溶液不同濃度(1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 mL/g)對(duì)改性粉煤灰吸附效果的影響，見(jiàn)圖6。

圖6　不同染料濃度對(duì)吸附效果的影響

從圖6可以看出，改性后的粉煤灰對(duì)酸性品紅去除率隨著液料比的升高而升高，在2.0 mL/g達(dá)到最高值且斜率最大。

2.2吸附熱力學(xué)研究

在25 ℃的條件下研究了平衡濃度與吸附容量的關(guān)系，繪制了熱力學(xué)曲線；并采用了LangmuirEXT1和FreundlichEXT兩種吸附等溫式對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)果見(jiàn)圖7、表1。

圖7　LangmuirEXT1及FreundlichEXT吸附等溫式擬合

參數(shù)模型LangmuirEXT1y=[a*b*x(1-c)]/[1+b*x(1-c)]FreundlichEXTy=a*x[b*x(-c)]a0.355270.36097b0.03999-34.67225c-4.857926.00209R0.993230.99124

根據(jù)圖7可知，在一定溫度下，粉煤灰的吸附量隨著平衡濃度的升高而升高；根據(jù)表1可知，在25 ℃時(shí)，粉煤灰的吸附熱力學(xué)過(guò)程比較符合模型FreundlichEXT。

2.3不同溫度下的吸附動(dòng)力學(xué)研究

本文選取了20 ℃、25 ℃、35 ℃三個(gè)溫度，研究了吸附時(shí)間與吸附容量的關(guān)系，繪制了動(dòng)力學(xué)曲線；并采用了準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程BoxLucas1對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)果見(jiàn)圖8、表2。

圖8　20 ℃、25 ℃、35 ℃時(shí)動(dòng)力學(xué)擬合曲線

參數(shù)模型BoxLucas1 y=a*[1-e(-b*x)]20℃25℃35℃a0.13570.14060.1418b9.74638.992411.2228R0.94570.9550.9736

根據(jù)圖8可知，在較低溫度范圍內(nèi)，粉煤灰的吸附量隨著溫度的升高而升高；在35 ℃時(shí)最符合準(zhǔn)一級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)方程BoxLucas1。

3結(jié)語(yǔ)

本實(shí)驗(yàn)選取了粒徑、投加量、溫度、時(shí)間、轉(zhuǎn)速、染料濃度6個(gè)因素進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用粉煤灰去除水中的酸性品紅具有很好的效果，去除率高達(dá)99.63%。對(duì)吸附過(guò)程從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩方面進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，在一定溫度下，粉煤灰的吸附量隨著平衡濃度的升高而升高；在25 ℃時(shí)，粉煤灰的吸附熱力學(xué)過(guò)程比較符合模型LangmuirEXT1；在較低溫度的范圍內(nèi)，粉煤灰的吸附量隨著溫度的升高而升高；在35 ℃時(shí)最符合準(zhǔn)一級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)方程BoxLucas1。

本實(shí)驗(yàn)染料廢水經(jīng)粉煤灰吸附后，采用過(guò)濾，離心機(jī)分離(4 500 r/min)后，可將水與粉煤灰完全分離，避免二次污染。

參考文獻(xiàn)

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(收稿日期：2015-03-16)

作者簡(jiǎn)介朱振華，男，1984年生，甘肅蘭州人，碩士，講師，主要從事環(huán)境友好型吸附劑的研究。

*基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(21261023)，新疆維吾爾自治區(qū)高校科研計(jì)劃青年教師科研啟動(dòng)基金(XJEDU2013S41)。