李鎮(zhèn)鎮(zhèn)

(太原工業(yè)學(xué)院環(huán)境與安全工程系，山西 太原 030008)

改性硅藻土對(duì)金橙Ⅱ的吸附研究

李鎮(zhèn)鎮(zhèn)

(太原工業(yè)學(xué)院環(huán)境與安全工程系，山西 太原 030008)

選擇硅藻土作為吸附劑對(duì)染料廢水金橙Ⅱ進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，并使用殼聚糖對(duì)硅藻土進(jìn)行改性，改變影響因素來探討最佳吸附條件，并進(jìn)行動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)研究。結(jié)果表明，最佳吸附條件為：殼聚糖與硅藻土質(zhì)量比為1∶10、pH值為5、吸附時(shí)間為120 min、改性硅藻土用量為5 g、溫度為50 ℃，在此條件下的吸附率可達(dá)88.98%。改性硅藻土對(duì)金橙Ⅱ的吸附符合Langmuir吸附等溫線方程和偽二階模型。

硅藻土；殼聚糖；金橙Ⅱ；吸附

引 言

目前，我國染料年產(chǎn)量大且難降解、不容易處理[1-2]，在應(yīng)用過程中伴隨各種化學(xué)方應(yīng)，使染料廢水濃度在增大的同時(shí)，產(chǎn)生難降解的重金屬汞、吡啶、芳香類物質(zhì)等[3]，因此，人們對(duì)它的重視程度越來越高。印染和紡織行業(yè)排放的廢水是染料廢水的主要來源。面對(duì)染料廢水所引發(fā)的一系列問題，多種去除染料的辦法已被應(yīng)用，包括物理法、化學(xué)法和生物法[4]。其中，處理效果最好的是活性炭吸附，但它不可再生、成本高[5]。因此，研究者選取了可再生、清潔無污染、價(jià)格低的礦物材料來取代。其中，硅藻土表面積較大、呈松散狀態(tài)、分布有許多細(xì)小的空隙，具有較強(qiáng)的吸附能力，在處理染料廢水方面有非常大的應(yīng)用價(jià)值[6-8]。但天然硅藻土的吸附性能較差，因此，需要通過改性來進(jìn)一步提高它的染料吸附性能。殼聚糖具有可生物降解性、無毒性，對(duì)金屬離子、染料分子和有機(jī)物具有良好的吸附作用[9-10]。本文以染料廢水金橙Ⅱ?yàn)槟繕?biāo)污染物，選擇殼聚糖改性的硅藻土作為吸附劑進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，改變影響因素來探討最佳吸附條件，并進(jìn)行動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

試劑：硅藻土、金橙Ⅱ，天津市光復(fù)化工研究所；殼聚糖，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；醋酸，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；水為超純水。

儀器：T722型可見分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器公司；CP224C電子天平，奧豪斯(上海)儀器有限公司；SHA-CS往復(fù)恒溫振蕩器，江蘇金壇儀器有限公司；TDL-40B臺(tái)式離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；80目土壤篩，杭州富強(qiáng)化工有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將硅藻土與殼聚糖溶液放入燒杯中，用玻璃棒不斷攪拌，混勻，于烘箱中100 ℃烘干。烘干后的硅藻土于研缽中研磨，過80目(178 μm)篩。取一定量的金橙Ⅱ溶液于錐形瓶中，加入一定量的改性硅藻土，根據(jù)不同吸附要求改變吸附條件，進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)。一定時(shí)間后，離心，取上清液測其吸光度，按式(1)計(jì)算吸附率。

(1)

式中：C0為金橙Ⅱ初始質(zhì)量濃度，mg/L；C為吸附后金橙Ⅱ質(zhì)量濃度，mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 確定殼聚糖的最優(yōu)用量

取5份70 mL金橙Ⅱ溶液于錐形瓶中，分別加入1 g殼聚糖和用量不同的改性硅藻土，結(jié)果見圖1。當(dāng)殼聚糖與硅藻土的質(zhì)量比為1∶10時(shí)，吸附效果最好，吸附率可達(dá)到70%以上。這是由于，殼聚糖具有一定的比表面積，兩者結(jié)合增大了硅藻土吸附的比表面積，從而使其吸附率增加。但是，由于硅藻土表面疏松多孔，過多的殼聚糖包裹在硅藻土表面，會(huì)使硅藻土的空隙堵塞。因此，殼聚糖用量繼續(xù)增加，導(dǎo)致吸附率降低。

圖1 不同比例殼聚糖與硅藻土對(duì)金橙Ⅱ吸附率的影響

2.2 改性硅藻土吸附金橙Ⅱ的影響因素

2.2.1 改性硅藻土用量的影響

通過改變硅藻土用量，探究改性硅藻土用量對(duì)改性硅藻土吸附金橙Ⅱ的影響，結(jié)果見圖2。隨著改性硅藻土用量的增加，吸附點(diǎn)位增加，能夠吸附更多的金橙Ⅱ，使得吸附率增加。當(dāng)改性硅藻土用量繼續(xù)增加時(shí)，吸附率降低。這是由于，改性硅藻土量多，互相凝聚在一起，結(jié)成小塊在其表面，從而使其吸附效果降低[11]。因此，改性硅藻土的最佳用量為5 g。

圖2 改性硅藻土用量對(duì)吸附的影響

2.2.2 金橙Ⅱ溶液初始pH值的影響

圖3 金橙Ⅱ溶液初始pH值對(duì)吸附的影響

2.2.3 反應(yīng)溫度的影響

圖4 溫度對(duì)吸附的影響

2.3 改性硅藻土吸附金橙Ⅱ的吸附性能研究

2.3.1 動(dòng)力學(xué)研究

吸附速度有快有慢，通常對(duì)操作和選型起著決定性作用?？斓奈剿俣?，可以提高吸附效率，節(jié)約運(yùn)營成本，節(jié)省時(shí)間。將上述所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果用偽一階和偽二階動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行擬合分析，結(jié)果見第16頁表1。

表1 改性硅藻土吸附金橙Ⅱ的擬合結(jié)果

由表1可知，偽二階動(dòng)力學(xué)方程擬合的相關(guān)系數(shù)R2=0.9998、k2=0.746。當(dāng)殼聚糖改性硅藻土吸附金橙Ⅱ時(shí)，在其他影響因素一定的情況下，可能只受染料濃度的大小或殼聚糖改性硅藻土上活性位點(diǎn)多少的影響。因此，偽二階比偽一階能更好地說明改性硅藻土對(duì)金橙Ⅱ的吸附機(jī)制。

2.3.2 熱力學(xué)研究

本文選用Freundlich和Langmuir 2種吸附模型進(jìn)行熱力學(xué)研究，擬合結(jié)果見表2。

表2 改性硅藻土吸附金橙Ⅱ等溫吸附線的擬合結(jié)果

由表2可知，Langmuir吸附等溫線方程擬合的回歸系數(shù)R2=0.9909，大于Freundlich吸附等溫線方程擬合的回歸系數(shù)，因此，Langmuir吸附等溫模型更適合描述改性硅藻土對(duì)金橙Ⅱ的吸附效果。說明殼聚糖改性硅藻土吸附金橙Ⅱ是單分子層吸附。

3 結(jié)論

1) 殼聚糖改性硅藻土吸附金橙Ⅱ染料溶液時(shí)，殼聚糖與硅藻土的最佳質(zhì)量比為1∶10。

2) 當(dāng)金橙Ⅱ染料溶液的質(zhì)量濃度為50 mg/L、溫度為50 ℃、pH=5、改性硅藻土的投加量是5 g時(shí)，改性硅藻土的吸附效果最佳，吸附率達(dá)到88.98%。

3) 殼聚糖改性硅藻土對(duì)金橙Ⅱ的吸附符合Langmuir吸附等溫線方程和偽二階模型。

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Study on adsorption of golden orange Ⅱ onto modified diatomite

LI Zhenzhen

(Environmental and Safety Engineering, Taiyuan Institute of Technology, Taiyuan Shanxi 030008, China)

The diatomite, which modified by chitosan, is chosen as absorbent for dyes wastewater golden orange Ⅱ. The optimum adsorption conditions by changing the influencing factors, kinetics and thermodynamics are studied. The results show that the optimum adsorption conditions are listed as followed. The proportion of chitosan and diatomite was 1∶10, pH=5, adsorption time was 120 minutes, quantity of modified diatomite was 5 g, and temperature was 50 ℃. The best removal rate was 88.98%. The adsorption of golden orange Ⅱ by diatomite modified is conformed to the Langmuir adsorption isotherm equation and pseudo second order model.

diatomite; chitosan; golden orange Ⅱ; adsorption

2017-02-21

李鎮(zhèn)鎮(zhèn)，男，1987年出生，2014年畢業(yè)于湖南大學(xué)，碩士研究生，助教。研究方向：固廢資源化、環(huán)境污染與控制。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.02.05

X703

A

1004-7050(2017)02-0014-03

科研與開發(fā)