朱振華　李小敏　崔東　雷芳　張仰

(伊犁師范學院化學與生物科學學院，伊犁師范學院資源與生態(tài)研究所　新疆伊寧 835000)

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改性粉煤灰對廢水中酸性大紅2R的吸附*

朱振華李小敏崔東雷芳張仰

(伊犁師范學院化學與生物科學學院，伊犁師范學院資源與生態(tài)研究所新疆伊寧 835000)

摘要本文以粉煤灰為基質(zhì)，采用HCl對其進行改性，研究改性粉煤灰對酸性大紅2R的吸附效果。首先選取了HCl濃度、粉煤灰粒徑、料液比、改性時間4個因素進行單因素實驗，然后在單因素實驗的基礎上進行BBD實驗找出最優(yōu)改性條件：粉煤灰過篩300目，HCl質(zhì)量分數(shù)24%，液料比1.50，所得改性粉煤灰吸附劑的去除率為90.4%，具有較好的吸附效果。

關鍵詞粉煤灰改性吸附劑響應面分析酸性大紅2R

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)主要應用活性碳作為吸附劑，但活性碳存在著生產(chǎn)成本高、再生困難等缺點?，F(xiàn)在常用的染料廢水處理方法主要有生物降解、氧化、膜技術和吸附。如今我國煤化工項目的發(fā)展必定會產(chǎn)生大量的粉煤灰，如何將粉煤灰這種工業(yè)固體廢棄物綜合利用成為了國內(nèi)外研究的熱點。粉煤灰本身具有多孔的結構和較大的比表面積， 但未改性的粉煤灰作為吸附劑效果不理想。粉煤灰的SiO2和Al2O3的含量約占粉煤灰總成分的83%，這使其具有了潛在的化學活性。要提高粉煤灰的化學活性就要破壞粉煤灰表面的保護膜，這樣才能使SiO2和Al2O3的活性被釋放。本實驗采用鹽酸對粉煤灰進行改性，破壞粉煤灰表面的保護膜，提高其吸附酸性大紅2R的性能，并研究最佳的改性條件。

1材料與方法

1.1實驗材料

原料：粉煤灰(來自伊犁師范學院鍋爐)；主要試劑：HCl、酸性大紅2R，均為分析純；主要儀器：GZX-9146MBE數(shù)顯鼓風干燥箱、JA5103N電子天平、723PC可見分光光度計、QYC-200恒溫培養(yǎng)搖床、TG16-WS臺式高速離心機。

1.2實驗方法

1.2.1粉煤灰的預處理

將洗凈后的粉煤灰干燥后備用。

1.2.2粉煤灰改性

稱取粉煤灰于燒杯中，加入HCl，在常溫下攪拌后將粉煤灰用蒸餾水過濾洗成中性，在干燥箱中烘干，得到改性粉煤灰吸附劑。

1.2.3吸附性能測試

通過向酸性大紅2R中加入改性粉煤灰，調(diào)節(jié)pH為4.8，攪拌后以150 r/min的速度震蕩6min，然后以80 r/min的速度震蕩10 min，靜置15min后離心，利用分光光度計(波長為540 nm)測定吸附后的溶液吸光度，計算出去除率。

1.2.4最優(yōu)改性條件確定

選取3個改性因素，每個因素選取3個水平進行BBD試驗，試驗設計編碼見表1。

表1　試驗設計編碼

2結果與分析

2.1單因素實驗

2.1.1改性粉煤灰不同粒徑對酸性大紅2R吸附效果的影響

固定改性時間為30 min，液料比為2 mL/g，HCl的質(zhì)量分數(shù)為36%，吸附溫度為25 ℃，吸附劑投加量為0.1 g。研究粉煤灰不同粒徑(80、100、120、180、300目)對酸性大紅2R吸附效果的影響。

圖1表明，改性后的粉煤灰對酸性大紅2R去除率隨著粉煤灰過篩目數(shù)的升高而升高，在300目達到最高值93%；而在100目時斜率最大。

圖1　粉煤灰不同粒徑對改性粉煤灰吸附效果的影響

2.1.2不同HCl的質(zhì)量分數(shù)對改性粉煤灰吸附效果的影響

固定改性時間為30 min，粉煤灰過100目的篩，液料比為2 mL/g，吸附溫度為25 ℃，吸附劑投加量為0.1 g。研究HCl的質(zhì)量分數(shù)(0%、6%、12%、18%、24%、30%、36%)對改性粉煤灰吸附效果的影響。

由圖2可以看出，用HCl改性后的粉煤灰對酸性大紅2R的吸附效果好于未改性的粉煤灰，在HCl質(zhì)量分數(shù)為30%的時候效果最好，達到85.9%；在HCl質(zhì)量分數(shù)為18%的時候斜率最大。

2.1.3不同改性時間對改性粉煤灰吸附效果的影響

固定粉煤灰過100目的篩，HCl的質(zhì)量分數(shù)為36%，液料比為2 mL/g，吸附溫度為25 ℃，吸附劑投加量為0.1 g。研究改性時間(10 min、20 min、30 min、40 min、50 min)對改性粉煤灰吸附效果的影響。

由圖3可知，改性后的粉煤灰在改性時間為10min時去除率達到85%，隨著時間的增加，去除率基本不再發(fā)生改變，說明改性時間對改性粉煤灰吸附效果的影響并不明顯。

圖2　HCl質(zhì)量分數(shù)對改性粉煤灰吸附效果的影響

圖3　改性時間對改性粉煤灰吸附效果的影響

2.1.4不同液料比對改性粉煤灰吸附效果的影響

固定HCl的質(zhì)量分數(shù)為36%，粉煤灰過100目的篩，吸附溫度為25 ℃，吸附劑投加量為0.1 g。研究不同液料比(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mL/g)對改性粉煤灰吸附效果的影響。

從圖4可以看出，改性后的粉煤灰對酸性大紅2R去除率隨著液料比的升高而升高，在2.0 mL /g達到最高值且斜率最大。

圖4　不同料液比對改性粉煤灰吸附效果的影響

2.2BBD試驗結果分析

根據(jù)BBD試驗安排，以染料去除率(Y)為指標，粉煤灰粒徑(A)、HCl質(zhì)量分數(shù)(B)、料液比(C)為試驗因素，試驗設計結果見表2。

表2　BBD設計試驗結果

2.2.1多元回歸擬合

對表2數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合分析，得到如下回歸模型：

Y=67.36+8.95A-11.25B-18.50C-6.13AB+3.23AC-4.77BC-7.72A2+0.78B2-4.47C2

方差分析見表3。

表3　方差分析

由表3可知，模型整體顯著；因素A與B顯著，因素C極顯著；失擬檢驗不顯著。

2.2.2最優(yōu)改性條件確定

由圖5可知，理論最優(yōu)改性條件為粉煤灰過篩279.09目，HCl質(zhì)量分數(shù)24%，液料比1.50，所得去除率為93.198 8%。根據(jù)實際情況，選取條件為粉煤灰過篩300目，HCl質(zhì)量分數(shù)24%，液料比1.50。按此條件進行實驗，去除率為90.4%。

圖5不同交互作用對去除率影響的響應面

3結語

本文以粉煤灰為基質(zhì)，采用HCl對粉煤灰進行改性，研究改性粉煤灰對酸性大紅2R的吸附效果。本實驗選取了HCl濃度、改性時間、粉煤灰顆粒粒徑、料液比4個因素進行單因素實驗，在單因素實驗的基礎上找出了HCl濃度、粉煤灰顆粒粒徑、料液比為影響改性粉煤灰吸附劑的主要因素；選取這3個因素進行BBD實驗設計，得出最佳改性條件為粉煤灰過篩300目，HCl質(zhì)量分數(shù)24%，液料比1.50，所得去除率為90.4%，效果良好，為進一步研究粉煤灰改性制備吸附劑提供了基礎。

*基金項目：國家自然科學基金(21261023)，新疆維吾爾自治區(qū)高校科研計劃青年教師科研啟動基金(XJEDU2013S41)，新疆維吾爾自治區(qū)高校科研計劃項目(XJEDU2014S060)。

作者簡介朱振華，男，碩士，講師，主要從事環(huán)境友好型吸附劑的研究。

(收稿日期：2015-01-10)

Adsorption of Acid Scarlet 2R in the Wastewater by Modified Coal Ash

ZHU ZhenhuaLI XiaomingCUI DongLEI FangZHANG Yang

(CollegeofChemistryandBiologicalScience,InstituteofResourcesandEcology,YiliNormalUniversityYining,Xinjiang835000)

AbstractRegarding coal ash as matrix, HCl is adopted to be modified, to conduct research on the adsorption of acid scarlet 2R by modified coal ash. Firstly the single factor experiment is conducted based on 4 factors, HCl concentration, grain size of coal ash, liquid to material ratio and modified time, then according to the single factor experiment, BBD experiment is conducted to find out the optimal modified conditions: coal ash sieving 300 mesh, HCl mass fraction 24% and liquid to material ratio 1.50. Under these conditions, the removal rate of the adsorbent can reach 90.4% and the adsorption is effective.Key Wordscoal ashmodifyadsorbentresponse surface analyzeacid scarlet 2R