周洋凱, 羅 義, 李延博, 國艷紅, 李士波, 周亞凱

(1.河北建筑工程學院 能源與環(huán)境工程學院 河北 張家口 075000;2.天博電子信息科技有限公司 山東 青島 266000)

偶氮染料廣泛應(yīng)用于紡織品、印染、皮革和塑料等行業(yè)，偶氮染料廢水COD濃度高、成分復雜、色度大，處理投資大等特點，不經(jīng)處理直接排入水體對環(huán)境危害嚴重，因此找到一種便捷、較低成本的方法處理印染廢水顯得極為迫切。甲基橙由氨基苯磺酸經(jīng)重氮化后與N，N-二甲基苯胺耦合而成，可用于模擬偶氮染料廢水的處理。

吸附法具有投資小、方法簡便、成本低的特點，適用于中小型印染廢水的處理。傳統(tǒng)吸附法采用活性炭，活性炭對陽離子染料、酸性染料和活性染料等水溶性染料具有較好的吸附性能，去除水中溶解性有機物也非常有效，但是不能去除水中的膠體疏水性染料，活性炭再生困難、費用高[1]。膨潤土因其比表面積大、有良好的吸附性能、無毒無色，且價格低、容易獲得，與傳統(tǒng)的吸附劑活性炭相比具有選擇性好、容易再生，廣泛的應(yīng)用與處理廢水中的有機污染物和重金屬等領(lǐng)域[2,3]。

膨潤土對水中有機物的吸附機理包括物理吸附和化學吸附。吸附的強弱與比表面積密切相關(guān)，比表面積越大，吸附容量也越大[4]。通過不同改性劑處理后的膨潤土，其吸附機理也不同。本文通過膨潤土高溫焙燒后，與鋁鹽活化對膨潤土進行改性，通過高溫焙燒減少膨潤土結(jié)構(gòu)中水膜對污染物的吸附阻力，提高吸附性能，鋁鹽活化后膨潤土表面生成大量結(jié)構(gòu)復雜的微孔，吸附能力增強，吸附印染廢水中染料甲基橙，具有良好的處理效果。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

紫外—可見分光光度計(UV9100)、分析天平、電磁加熱攪拌器、真空干燥箱、傅里葉變換紅外光譜儀、紅外光譜儀、電熱鼓風干燥箱，膨潤土，以及AlCl3·6H2O、氫氧化鈉、鹽酸；甲基橙。

1.2 實驗步驟

1.2.1 膨潤土的提純與納化 取一定量的天然膨潤土原礦經(jīng)破碎、100目篩分后，溶于水中強力攪拌、靜置，取上層懸浮液，離心過濾，烘干，烘干得到提純土。取提純膨潤土配成懸濁液，加入NaCO3作為納化劑，恒溫攪拌、離心取懸浮液經(jīng)烘干后研磨、120目篩分，得到純納化土。

1.2.2 鋁交聯(lián)膨潤土吸附劑的制備 稱取一定量的純納化土制成懸浮液，邊攪拌邊滴入鋁交聯(lián)劑，直至混合液出現(xiàn)渾濁，靜置沉降并過濾，在恒溫條件下烘干，即得到鋁交聯(lián)膨潤土吸附劑[5]。

1.2.3 吸附試驗 制備100mg/L改性膨潤土標準溶液備用。取50ml甲基橙溶液，調(diào)節(jié)PH=6.0，加入一定量的改性膨潤土標準溶液，恒溫攪拌20min，取其上清液測得上清液吸光光度值為A，測得未加入改性膨潤土的吸光光度值為A0。計算脫色率：

η=(1-A/A0)×100%

A0：未加改性膨潤土的吸光光度值。

A：加入改性膨潤土的吸光光度值。

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外光譜衍射分析

對原土和改性膨潤土進行紅外光譜分析，提純土和實驗土的紅外光譜圖詳見下圖。

圖1 提純土紅外光譜圖

圖2 改良土紅外光譜圖

由圖1中提純膨潤土的紅外光譜圖可知，在3600cm-1和3700cm-1處為M-OH(M為金屬離子)中羥基的振動吸收峰[5]；在1600cm-1為膨潤土層間水分子的伸縮振動吸收峰，說明膨潤土中含有少量自由吸附水[6]；1049cm-1處的吸收峰為膨潤土層間Si-O-Si的伸縮振動吸收峰。由圖2的實驗土紅外譜線圖表明：在3696cm-1和3619cm-1處為O-H伸縮帶[7]；在1470cm-1聚苯胺鏈上苯式環(huán)的特征吸收峰，而苯環(huán)的面內(nèi)彎曲振動特征吸收譜帶和聚苯胺鏈上N-H鍵的特征吸收峰因被膨潤土的特征吸收峰掩蓋并未顯示出來，但是所有的特征吸收峰均向低頻方向移動[8]。通過實驗土的紅外光譜圖譜可以判斷復合體系中含有摻雜態(tài)的聚苯胺和膨潤土。

2.2 改性膨潤土與原土吸附性能的比較

圖3 改性膨潤土與原土投加量對廢水吸附性能影響

取相同濃度的甲基橙溶液100ml于錐形瓶中并編號，分別加入50mg改性膨潤土與原土，在恒溫條件下調(diào)節(jié)PH到6.0，攪拌速率180r/min，攪拌30min分別測定原土與改性膨潤土的吸光光度值為A1、A2并繪制相應(yīng)的吸光光度曲線見圖3。由圖3可知，改性膨潤土對印染廢水中的甲基橙吸附能力顯著高于原土的吸附能力，投加量在20g/L-25g/L時達到最佳吸附能力，鋁交聯(lián)改性膨潤土對甲基橙染料的最高吸附率達到92%，隨著改性改性膨潤土的投加量增大導致印染廢水再次渾濁，影響吸附效果。原土隨著投加量的增大，對印染廢水的吸附量增大，達到60%以后膨潤土的繼續(xù)投加對吸附結(jié)果影響變化較小，繼續(xù)增大投加量會引起渾濁現(xiàn)象，影響吸附效果。

由圖3可知隨著改性膨潤土的投加量的增加，改性膨潤土對印染廢水的處理效果在20-25g/L達到理想狀態(tài)，繼續(xù)投加膨潤土對后續(xù)印染廢水處理產(chǎn)生影響。

2.3 吸附溫度對改性膨潤土吸附性能的影響

圖4 溫度對廢水吸附性能影響

固定攪拌速率180r/min，攪拌30min，分別取100mg/L甲基橙溶液100ml于錐形瓶中，控制溫度分別為0，10，20，30，40，50，60℃，調(diào)節(jié)廢水PH值為7.0，改性膨潤土投加量為20g/L，測定吸光光度值見圖4。

由圖4可知，鋁聯(lián)交聯(lián)膨潤土的吸附速率隨著溫度的升高吸附速率降低，在0℃時處理效果最好，脫色效率可達到92.2%。吸附劑與流體相平衡時,它的吸附量可表示為qe=f(T,C)，其中T表示溫度c表示濃度。當固定溫度或濃度時，平衡吸附量就是濃度或溫度的單值函數(shù)；若T保持不變，即為吸附等溫線。由Langmuir等溫式可知，鋁交聯(lián)膨潤土的吸附性能隨著溫度的增加導致吸附性能的降低?？紤]實際情況，在實驗處理廢水的最佳溫度為20-40℃。

2.4 廢水PH值對處理效果的影響

控制溫度20℃，分別取100mg/L甲基橙溶液100ml于錐形瓶中，取鋁交聯(lián)膨潤土4g，攪拌速率恒定為180r/min，攪拌30min，取1mol/L的HCl和1mol/L的NaOH調(diào)節(jié)廢水PH值，PH值對甲基橙溶液吸附量詳見下表，不同PH值對甲基橙脫色率的影響，測得廢水PH值與甲基橙脫色率的曲線詳見圖5。

pH對吸附量的影響

圖5 pH值對廢水吸附性能影響

圖6 處理時間對廢水吸附性能影響

由圖5可知，溶液初始PH對吸附效果在5-9之間時，改性膨潤土對甲基橙的吸附量從140下降到120，改性膨潤土對甲基橙的吸附量隨著PH的增加降低，但考慮到廢水PH值的降低?；钚匀玖鲜且环N可溶性的陰離子染料，其分子結(jié)構(gòu)中含有大量的-SO3-基團，在酸性環(huán)境下，-SO3-基團的質(zhì)子化效應(yīng)增強，使得染料分子中大量的-SO3-基團以-SO3H形式存在，從而使吸附量增強。但考慮到后續(xù)印染廢水的處理效果，處理廢水的最佳PH值應(yīng)控制在6-8左右為宜,方便后續(xù)印染廢水的處理。

2.5 處理時間對處理效果的影響

在上述得出的條件下，測定鋁聯(lián)交化膨潤土對甲基橙脫色效果的影響，繪制時間的影響對甲基橙脫色速率的曲線如圖6所示。

由圖6可知，隨著時間的增加，鋁聯(lián)交化膨潤土對甲基橙的吸附量加大，在第6分鐘時達到最佳狀態(tài)。2-6分鐘攪拌時間的增加甲基橙的吸附量由72.7%增加到95.4%，隨著時間的增加，甲基橙的吸附量達到平衡，后續(xù)的攪拌會使甲基橙的吸附速率下降，與其他吸附劑相比較鋁交聯(lián)膨潤土能使吸附效果迅速達到平衡，因此處理最佳時間為10-15分鐘。

3 結(jié) 論

綜上所述，膨潤土具有吸附率高、速度快、價格低等特點，對印染廢水有較好的處理效果。鋁交聯(lián)膨潤土與原土相比較吸附能力明顯增強，綜合以上關(guān)系確定鋁交聯(lián)膨潤土的用量、吸附溫度、PH值、處理時間等因素有關(guān)。確定最佳投加量20mg/L，溫度為20℃-40℃，PH值為6.0-8.0，處理時間為10-15min，此時甲基橙的脫色速率可達95%以上，對印染廢水有良好的處理效果。為后續(xù)其他廢水的處理具有一定的知道作用。但是目前膨潤土對廢水的處理尚處于實驗階段，所以后續(xù)的大量工作應(yīng)經(jīng)過系統(tǒng)地研究，將膨潤土的研究結(jié)果應(yīng)用于實際生產(chǎn)處理印染廢水。