王星罡

(大同煤業(yè)金鼎活性炭有限公司備煤車間，山西 大同 037000 )

1 研究背景

染料廣泛應用于紡織、食品、造紙、化妝品、藥品和皮革等工業(yè)，作用是對各種產(chǎn)品進行著色。在紡織工業(yè)中，大約10%～15%的染料在染色過程后被排放到環(huán)境中，產(chǎn)生高度有色的污水，這會產(chǎn)生嚴重的環(huán)境問題[1-2]。另外，某些染料具有致癌作用，可能會對人體肝臟、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和消化系統(tǒng)造成損害。因此，含有染料的廢水在排放前應妥善處理，目前主要使用膜分離、電化學處理、生物過程和化學氧化和吸附等方法進行處理。其中，吸附法是公認的有效分離技術(shù)，它具有以下優(yōu)點：1) 可以有效去除有機和無機污染物；2) 操作簡單；3) 不會造成二次污染；4) 可再生和再利用，且成本低?；钚蕴渴且环N常用的吸附劑，活性炭粉末具有高的比表面積，所以具有高吸附容量。本文選擇藻酸鹽與活性炭粉末復合，制備出具有高吸附性能并且成本低的吸附劑，選用有機染料羅丹明b評價海藻酸鹽微球的吸附效果，通過改變吸附劑劑量、溶液pH值、MB初始濃度和接觸時間，研究了不同吸附條件對吸附性能的影響[3-6]。

2 實驗部分

2.1 實驗材料

羅丹明b、氯化鈣(CaCl2)、氯化鋅(ZnCl2)、氫氧化鈉(NaOH)、鹽酸(HCl)，購自國藥集團。

2.2 活性炭的制備

首先，將煤原料進行粉碎，使用50目(270 μm)篩子篩選出顆粒尺寸50目(270 μm)以下的原煤粉末，將樣品用水洗滌除去雜質(zhì)，在105 ℃的烘箱中干燥12 h。隨后，將煤炭粉末與ZnCl2以1∶4(質(zhì)量比)的比例混合，混合物中加入蒸餾水制成漿液，室溫下攪拌6 h。然后，在600 ℃下燒30 min，將制備的樣品用3 mol/L HCl溶液洗滌，再用熱去離子水洗滌，在105 ℃烘箱中干燥24 h。

2.3 交聯(lián)藻酸鹽

在制備交聯(lián)藻酸鹽珠粒時，將16 g在優(yōu)化條件下制備的干燥活性炭與8 g海藻酸鈉混合，加入400 mL蒸餾水制備漿液。固定反應在含有0.1 mol/L CaCl2溶液的1 L燒杯中進行， 攪拌速度為450 r/min，將活性炭粉末和海藻酸鈉的漿液放入50 mL滴定管中并逐滴加入到CaCl2溶液中。將玻璃粉放入CaCl2溶液中過夜以確保完全凝膠化，然后，用蒸餾水洗滌除去未結(jié)合的CaCl2。最后，將制備好的復合材料在60 ℃烘箱干燥24 h，并儲存在干凈的干燥瓶中備用。 復合材料是平均直徑為1.94 mm(范圍1.84 mm～2.12 mm)的球體。

2.4 吸附測試

在室溫下將5 mg復合材料加入15 mL羅丹明b溶液(20 mg/L～100 mg/L)中，隨著實驗運行不同的時間取溶液上清液，用波長為664 nm的紫外可見光譜儀(雙光束紫外-可見分光光度計，Shimadzu 1800)測定染料羅丹明b濃度。在每次實驗結(jié)束后，從溶液中分離出復合材料。

3 結(jié)果與討論

3.1 吸附劑劑量的影響

為了研究吸附劑劑量對羅丹明b吸附的影響，使用從0.01 g到0.10 g不同劑量的復合材料進行測試，圖1顯示了不同吸附劑劑量的吸附效果，其他吸附條件為：室溫，50 mg/L羅丹明b，接觸時間120 min，初始pH=10。圖1結(jié)果表明，隨著吸附劑劑量從0.01 g增加到0.10 g，羅丹明b去除率從74.3%增加到98.98%。隨著劑量的增加，活性炭-藻酸鹽珠上的活性位點增加，從而吸附量增加，但是，吸附效率隨著吸附劑用量的增加而降低，這是由于，吸附了羅丹明b染料分子后剩余的空位較多。

圖1 吸附劑劑量對吸附容量的影響

3.2 初始pH的影響

過量質(zhì)子的存在會強烈影響吸附劑表面的化學狀態(tài)，所以染料溶液的初始pH值是影響染料吸附性能的重要參數(shù)。圖2顯示了溶液的初始pH對羅丹明b吸附的影響。結(jié)果表明，復合材料對羅丹明b吸附量隨著羅丹明b溶液初始pH值的增加而增加，在pH=10時達到最大值。pH值低于7時，對羅丹明b的吸附量較低，主要是由于，在溶液中存在過量的游離質(zhì)子，其與羅丹明b分子競爭活性炭-藻酸鹽珠粒上的吸附位點。隨著溶液pH值增加到7以上，羥基離子的增加導致活性炭-藻酸鹽珠上的官能團增加，羅丹明b的吸附量顯著增加。因此，選擇pH=10作為使用活性炭-藻酸鹽珠從水溶液中除去羅丹明b的最佳pH。

圖2 溶液的初始pH對吸附容量的影響

3.3 接觸時間和初始質(zhì)量濃度對吸附性能的影響

圖3顯示了接觸時間對不同羅丹明b染料質(zhì)量濃度(20 mg/L～100 mg/L)在活性炭-藻酸鹽珠上的吸附容量的影響。隨著接觸時間的增加，所有不同羅丹明b染料濃度的吸附容量逐漸增加。由于活性炭-藻酸鹽珠表面上的空位和活性官能團的都可用，所有濃度的羅丹明b的吸附速率一開始都很快，在接觸的初始階段，溶液中有很多的染料分子，它們具有較高的傳遞速率，然而，隨著時間的推移，由于空位和活性官能團的飽和以及溶液中羅丹明b分子的減少，羅丹明b吸附量逐漸減小。對于較低濃度的染料溶液，溶液中羅丹明b分子的量較少，所以較早獲得吸附平衡。

圖3 接觸時間和初始質(zhì)量濃度對吸附性能的影響

4 結(jié)論

通過實驗證明，本文合成的活性炭藻酸鹽復合材料可以成功地從水溶液中去除羅丹明b染料。改變各種實驗條件，如，吸附劑量、溶液pH值和羅丹明b染料質(zhì)量濃度，得到最佳吸附性能。復合材料對羅丹明b染料的吸附效率高達230 mg/g。 吸附容量隨著接觸時間和羅丹明b染料初始濃度的增加而增加。