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        各種吸附材料對亞甲基藍廢水處理的研究

        2018-03-28 01:02:09孫蘭梅孫宇明李明陽宇秉勇劉長睿吳軍亮郭兆壽
        山東化工 2018年14期
        關(guān)鍵詞:焦粉結(jié)果表明廢水處理

        孫蘭梅,孫宇明,李明陽,宇秉勇,劉長睿,吳軍亮,郭兆壽,劉 熠*

        (1.沈陽化工研究院設(shè)計工程有限公司,遼寧 沈陽 110021;2.沈陽化工研究院有限公司,遼寧 沈陽110021)

        亞甲基藍(MB)屬于典型的陽離子染料[1-2],廣泛應用于印染、染色,環(huán)境治理和監(jiān)測領(lǐng)域。由于亞甲基藍廢水有機物含量高、色度深、堿性大、水質(zhì)變化大、生物毒性大,成為較難處理的染料廢水之一[3]。

        目前,對亞甲基藍廢水的主要處理方法有吸附法、化學氧化法、生物處理法、絮凝沉淀法、光催化法和電解法等。吸附法屬于物化處理技術(shù),在廢水處理中占有很大比例,吸附法以其能夠選擇性地富集某些化合物的物性在廢水處理領(lǐng)域有著特殊的地位。在染料廢水處理方面,吸附法因其獨有的優(yōu)勢備受人們的青睞[4]。目前有關(guān)吸附法應用于亞甲基藍廢水處理的研究報道很多。吸附是指用多孔固體(吸附劑)將流體(氣體或液體)混合物中一種或多種組分積聚或凝縮在表面進而達到分離的目的。迄今為止,工業(yè)上使用較多的吸附劑是活性炭、離子交換樹脂等,吸附特點和效果各有不同。隨著吸附處理技術(shù)研究的深入,各種吸附劑不斷被引入,為印染廢水的治理起到了越來越大的作用。

        1 活性炭吸附

        活性炭是一種含炭材料制成的外觀呈黑色,內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達、比表面積大、吸附能力強的一類微晶質(zhì)碳素材料。活性炭是最早應用也是迄今為止最優(yōu)良的吸附劑,是目前廢水處理普遍采用的吸附劑?;钚蕴坑蟹浅0l(fā)達的微孔結(jié)構(gòu)和較高的比表面積,具有較強的物理吸附能力;同時活性炭的表面存在大量的含氧基團等,有較強的化學吸附能力?;钚蕴孔鳛槲絼┎坏侥芰姡椅饺萘看骩5-6]。Emad等[7]使用不同種活性炭,對堿性染料亞甲藍藍MB,堿性紅BR和堿性黃BY廢水進行了吸附研究,結(jié)果表明,在pH值=11,顆粒小于106μm時,活性炭吸附效果好,吸附容量順序為:MB

        2 廢棄物吸附

        研究發(fā)現(xiàn),自然界中的農(nóng)作物或農(nóng)產(chǎn)品的廢棄物具有潛在的吸附性能,且價格低廉,來源廣泛,因此在廢水處理方面越來越受到人們的關(guān)注。

        張仕偉等[9]用外墻保溫板殘料制備活性炭處理含亞甲基藍廢水,研究了亞甲基藍在自制活性炭上的吸附模型和最大吸附量。結(jié)果表明:在650℃活化溫度,30mg/h的水蒸氣流量,活化30min制備的活性炭對亞甲基藍的定溫吸附符合Freundlich定溫吸附模型,吸附以物理吸附為主,最大吸附量為544.57mg/g。宋娟娟[10]等用低值廉價的橘子皮作為吸附劑,對染料廢水中的亞甲基藍進行吸附,探討了吸附平衡時間、溶液pH、染料濃度、橘子皮吸附劑的添加量對亞甲基藍吸附的影響,結(jié)果表明:橘子皮生物吸附劑對亞甲基藍的吸附所需平衡時間為1h,在pH值=10的條件下,亞甲基藍的的初始濃度為400mg/L,橘子皮用量1g時,橘子皮對亞甲基藍的吸附率可達到90.55%,吸附量最大為45.3mg/g,等溫吸附線符合Langmuir模式,該吸附過程符合二級動力模型。范嘉園等[11]采用農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品玉米芯吸附處理藍色亞甲基藍,在一定影響因素基礎(chǔ)上,利用正交實驗優(yōu)化了吸附反應的最佳條件。在玉米芯粒徑28~40目,溶液pH值=3,亞甲基藍初始濃度100mg/L,料液比為1.5g∶20mL,吸附溫度50℃,超聲波攪拌20min時,玉米芯對亞甲基藍去除率達99.137%。

        3 生物質(zhì)炭吸附

        生物質(zhì)炭是指將生物質(zhì)(如木屑、稻殼、板栗殼、煤、甘蔗葉和梧桐等)通過一定的加工、化學反應生成的炭。利用這些生物質(zhì)炭制備的活性炭,不僅降低了活性炭的制備成本,還達到了以廢治廢的目的。

        趙小紅等[12]以竹子為原料,采用氯化鋅法制備活性炭,結(jié)果表明經(jīng)過改性的活性炭對甲基藍的脫色率比改性前提高了28.9%。王湖坤[13]等人利用 ZnCl2溶液活化法獲得核桃殼質(zhì)活性炭,并研究了以亞甲基藍為模擬吸附質(zhì)的吸附性能。結(jié)果表明,改良后的吸附劑可以去除高達 79%的 CODCr和100% 的色度,出水的各項水質(zhì)均符合排放標準。廖欽洪[17]等人以稻殼為原料,采用K2CO3活化法和H3PO4活化法制備了比表面積為1312m2/g和682m2/g的活性炭,通過掃描電子顯微鏡(SEM)、X-射線儀(XRD)對樣品進行了表征,并將孔隙發(fā)達的活性炭樣品用于對亞甲基藍的吸附,結(jié)果表明,K2CO3活化法制備的活性炭樣品具有更多的微孔結(jié)構(gòu);隨著亞甲基藍初始濃度的增加、活性炭吸附時間的延長,亞甲基藍的去除呈現(xiàn)逐漸降低和逐漸增大的變化規(guī)律,當pH值為6時,活性炭對亞甲基藍的吸附效果最佳;稻殼基活性炭對亞甲基藍的吸附等溫曲線復合Langmuir模型,Qm最高可達476.2mg/g。

        4 化學改性吸附劑

        高玉紅[15]等分別采用堿改性、酸改性、高溫改性、超聲波改性和助溶劑改性5種方法對粉煤灰進行改性處理,研究改性后的粉煤灰對亞甲基藍廢水的吸附效果及最佳吸附條件。實驗結(jié)果表明,氫氧化鈉改性后的的粉煤灰對亞甲基藍的吸附性能最好,最佳吸附時間為60min,吸附溫度為60℃,pH值=7,NaOH改性粉煤灰對亞甲基藍的吸附過程符合Langmuir等溫方程式。雒和明[16]等以廢棄焦粉為原料,50%硝酸為改性劑,借助JSM、XPS分析測試方法表征其結(jié)構(gòu)??疾炝烁男越狗?、焦粉對亞甲基藍吸附性能、吸附平衡等溫線、秥附幾率和活化能,用Weber-Morris曲線研究吸附機理。結(jié)果表明,硝酸改性焦粉是硝酸刻蝕焦粉表面增加孔結(jié)構(gòu),增大表面積、表面氧化形成較為豐富含氧功能組的過程;改性焦粉對亞甲基藍吸附性能明顯優(yōu)于焦粉;改性焦粉吸附量隨亞甲基藍溶液濃度、pH的增大而增加;吸附過程符合Langmuir、Freundlich吸附等溫式;秥附幾率和活化能分別為S=0.1977、2.5635KJ/mol;該吸附過程主要為顆粒內(nèi)擴散控制得物理吸附。

        5 污泥活性炭吸附

        康婷婷[17]等采用污泥活性炭處理亞甲基藍模擬廢水,研究了模擬廢水的初始濃度、污泥活性炭投加量、pH值、水溶液吸附時間等因素對染料廢水的脫色率和COD去除率的影響,探討污泥活性炭處理染料廢水的適宜工藝條件。實驗結(jié)果表明:隨著染料廢水初始濃度的增大,脫色率和COD去除率均表現(xiàn)下降趨勢;隨著污泥活性炭投加量的增加,脫色率和COD去除率效果十分明顯;隨著模擬廢水pH的增大,其脫色率基本呈現(xiàn)增大趨勢,而COD去除率則先增大后減小,當pH 值在7.6~7.8時,脫色率與COD去除率均出現(xiàn)最大值;在延長水浴時間的同時,脫色率和COD去除率均表現(xiàn)出較好的效果。劉亞納[18]等以剩余污泥為原料,氯化鋅為活化劑制備污泥活性炭。研究了初始pH值,吸附溫度及離子強度對污泥活性炭吸附亞甲基藍效果的影響。采用高分辨電子掃描電鏡和氮吸脫附曲線對污泥活性炭進行了表征。結(jié)果表明,隨著pH值的升高,吸附量增大,堿性條件下最好。在15~55℃的范圍內(nèi),亞甲基藍的吸附量的吸附量先增加后降低,溫度為35℃時吸附量達到最大值。加入氯化鈉后的污泥活性炭的吸附能力變?nèi)?,但隨著離子強度的增大,變?nèi)醯膹姸葴p少,污泥活性炭以中孔為主和污泥活性炭具有不規(guī)則結(jié)構(gòu),預示著污泥活性炭較高的吸附能力。

        文獻中,人們對亞甲基藍廢水的吸附研究,絕大部分都是采用模擬廢水,成分單一,并未使用實際廢水,只是進行了動力學理論研究。實際的亞甲基藍廢水組成極為復雜,往往含有懸浮物,高含鹽等,需要綜合考慮,今后研究的重點應放到亞甲基藍實際廢水的應用研究。

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