杜爽 和詩(shī)亮 孫玉蘭

摘 ? ? ?要：采用人工合成的針鐵礦為吸附劑，處理模擬亞甲基藍(lán)廢水，考察了多種因素對(duì)針鐵礦吸附亞甲基藍(lán)的影響。結(jié)果表明：針鐵礦吸附亞甲基藍(lán)的平衡時(shí)間為30 min;對(duì)于30 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液，投加量為8 g/L，去除率達(dá)88.2%;溫度影響較小;亞甲基藍(lán)溶液為中性，吸附效果最佳;針鐵礦對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附可以用Langmuir模型擬合，吸附符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，隨著溫度的增加，吸附速率加快。

關(guān) ?鍵 ?詞：針鐵礦;亞甲基藍(lán);吸附;染料

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ340.47， TQ577.3 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? 文章編號(hào)： 1671-0460（2020）02-0353-04

Abstract： Synthetic goethite was used as adsorbent to treat simulated methylene blue wastewater， and effect of some factors on the adsorption of methylene blue by goethite was investigated. The results showed that：adsorption equilibrium time of methylene blue on goethite was 30 min; for 30 mg/L methylene blue solution， when goethite dosage was 8 g/L， the removal rate reached 88.2%; the temperature had little effect on the adsorption; when the methylene blue solution was neutral， the adsorption effect was the best. The adsorption of methylene blue on goethite can be fitted by Langmuir model， the adsorption of methylene blue by goethite accords with quasi-second-order kinetic equation， and the adsorption rate increases with the increase of temperature.

Key words： Goethite; Methylene blue; Adsorption; Dye

隨著工業(yè)化的飛速發(fā)展，染料成為水環(huán)境污染中的重要污染物，染料廢水引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題日益突出，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。常見(jiàn)去除廢水中染料方法主要有吸附法、臭氧化法、光催化法、超濾法、電解法、離子交換法和生物氧化法等[1-4]。其中，吸附法因?yàn)榫哂型顿Y少、處理效果好、吸附劑可再生、可以減小毒性等很多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于水處理當(dāng)中[5，6]。因此，研發(fā)高性能的吸附劑是當(dāng)前水處理領(lǐng)域重要的研究熱點(diǎn)。

針鐵礦（α- FeOOH）是土壤、沉積物和水體中常見(jiàn)的組分，表面積較大，吸附能力較強(qiáng)[7]。很多研究者對(duì)其吸附性能進(jìn)行了研究。王丹麗研究了針鐵礦對(duì)重金屬離子Cu2+ 、Zn2+ 和Cd2+ 的吸附[8];袁林研究了針鐵礦對(duì)Pb2+的吸附動(dòng)力學(xué)和等溫吸附特征，考察了影響吸附的因素[9];顧維研究了針鐵礦吸附諾氟沙星的特征[10];劉曉華研究了針鐵礦對(duì)菲的吸附解吸行為[11];秦?zé)@以針鐵礦（α-FeOOH）為光催化劑，在金屬鹵燈（λ≥365 nm）照射下，對(duì)α-FeOOH 與H2O2 組成的非均相Fenton 體系內(nèi)橙黃Ⅱ的脫色進(jìn)行了研究，取得了較好的脫色效果[12]。目前還很少有人研究針鐵礦對(duì)染料廢水的吸附性能。本文以人工合成的針鐵礦為吸附劑，處理染料亞甲基藍(lán)，考察了影響吸附效果的各種因素，目的在于為染料廢水的吸附處理提供相關(guān)的理論依據(jù)。

1 ?實(shí)驗(yàn)部分

1.1 ?針鐵礦的制備及表征

配置一定濃度的硝酸鐵溶液，用氫氧化鈉溶液和硝酸溶液，調(diào)節(jié)pH值，經(jīng)養(yǎng)護(hù)、冷卻至室溫，以5 000 r/min 的轉(zhuǎn)速離心分離5 min，烘干，磨碎，制備出針鐵礦。生成的針鐵礦采用XRD及SEM進(jìn)行表征[13]。

1.2 ?靜態(tài)吸附試驗(yàn)

向配置好的亞甲基藍(lán)溶液中加入一定量自制的針鐵礦，恒溫振蕩一段時(shí)間，高速離心分離，用分光光度計(jì)于664 nm波長(zhǎng)下測(cè)定上清夜中亞甲基藍(lán)的濃度。

2 ?結(jié)果分析

2.1 ?針鐵礦的表征

將制備的針鐵礦用XRD進(jìn)行表征，以Cu靶Kα作為輻射電源，6°/min進(jìn)行掃描。結(jié)果如圖1。

由圖1可見(jiàn)，制備的針鐵礦XRD圖峰形尖銳，在2θ=21.2°，33.2°，34.7°，36.6°，53.2°處出現(xiàn)明顯的衍射峰，參照J(rèn)CPDS Card： 81- 0463及相關(guān)文獻(xiàn)，表明制備的樣品為針鐵礦（α-FeOOH）[13，14]。

由圖2的SEM圖可知，所制備的針鐵礦呈細(xì)小棒狀，直徑 30～50 nm， 長(zhǎng)度500 nm 左右，納米棒均勻分散，交錯(cuò)排布，無(wú)明顯團(tuán)聚。

2.2 ?各種因素對(duì)針鐵礦吸附亞甲基藍(lán)效果的影

2.2.1 ?吸附時(shí)間對(duì)亞甲基藍(lán)去除率的影響

配置6份50 mL 30 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液，向其中加入0.1 g針鐵礦，在25 ℃，150 r/min振蕩5，10，20，30，40，50 min。4 500 r/min下離心分離10 min，測(cè)定其吸光度，計(jì)算出去除率，數(shù)據(jù)如圖3所示。

從圖3中可以看出，從5 min到30 min的過(guò)程中，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，針鐵礦對(duì)亞甲基藍(lán)的去除率由32%增加至43%。當(dāng)吸附時(shí)間為30 min時(shí)達(dá)到最大吸附量，在30 min至50 min這段時(shí)間內(nèi)，亞甲基藍(lán)的去除率從43%降至34%，這可能是本已吸附了的亞甲基藍(lán)有一部分脫附了，綜合考慮，吸附時(shí)間30 min為最佳。

2.2.2 ?吸附劑投加量對(duì)亞甲基藍(lán)去除率的影響

配置7份50 mL30 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液，分別向其中加入0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7g針鐵礦，于25 ℃，150 r/min振蕩30 min，4 500 r/min下離心分離10 min，測(cè)定其吸光度，數(shù)據(jù)如圖4。

從圖4可以看出，針鐵礦投加量增加，亞甲基藍(lán)的去除率總體上呈上升趨勢(shì)，投加量為0.1 g時(shí)，去除率為43.0%，投加量為0.4 g時(shí)，去除率達(dá)到88.2%，在0.1～0.3 g范圍內(nèi)，去除率顯著增加，這是因?yàn)樵黾游絼┑牧浚劫|(zhì)和吸附劑表面接觸的機(jī)會(huì)增加，投加量繼續(xù)增加，去除率趨于穩(wěn)定。

2.2.3 ?亞甲基藍(lán)初始濃度對(duì)其吸附的影響

分別向50 mL不同濃度的亞甲基藍(lán)溶液中加入0.2 g針鐵礦，在25 ℃，150 r/min振蕩30 min，4 500 r/min下離心分離10 min，測(cè)定其吸光度，數(shù)據(jù)如圖5。

由圖5可見(jiàn)，亞甲基藍(lán)初始濃度增加，去除率呈下降趨勢(shì)，10 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液去除率為89.3%，60 mg/L亞甲基藍(lán)溶液中去除率下降到68.7%，這是因?yàn)槿芤撼跏紳舛仍黾?，單位質(zhì)量的亞甲基藍(lán)和針鐵礦表面接觸的機(jī)會(huì)減少。

2.2.4 ?溫度對(duì)亞甲基藍(lán)去除率的影響

分別向50 mL 10 mg/L亞甲基藍(lán)溶液中加入等質(zhì)量的針鐵礦，分別在不同溫度，150 r/min振蕩30 min，4 500 r/min下離心分離10 min，測(cè)其吸光度，數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

由表1可以看出，溫度增加，亞甲基藍(lán)去除率呈輕微增加的趨勢(shì)，對(duì)于10 mg/L的亞甲基藍(lán)，溫度從25 ℃升高到45 ℃，去除率僅增加4.08%，溫度對(duì)吸附的影響效果較小。

2.2.5 ?吸附等溫線(xiàn)

對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了粒子內(nèi)擴(kuò)散模型的擬合，擬合結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可見(jiàn)，擬合的相關(guān)系數(shù)較小，且擬合曲線(xiàn)并不經(jīng)過(guò)原點(diǎn)，這意味著顆粒內(nèi)擴(kuò)散不是亞甲基藍(lán)在針鐵礦上吸附機(jī)理的速率決定步驟，而是由兩個(gè)或多個(gè)步驟控制，該模型表明亞甲基藍(lán)在針鐵礦上的吸附屬于動(dòng)態(tài)吸附行為，其擴(kuò)散機(jī)制符合多級(jí)過(guò)程，并且，隨著溫度的增加，粒子內(nèi)擴(kuò)散速率常數(shù)逐漸增大，說(shuō)明升溫有利于提高吸附速率。此外，參數(shù)C與邊界層的厚度有關(guān)，在本研究中，C值較高，這表明針鐵礦對(duì)亞甲基藍(lán)具有很高的吸附潛力，也就意味著邊界層擴(kuò)散也很重要。

3 ?結(jié)論

本論文以人工合成的針鐵礦為吸附劑，吸附處理亞基甲藍(lán)模擬廢水，討論了多個(gè)因素對(duì)針鐵礦吸附亞甲基藍(lán)的影響，得出以下結(jié)論：

（1）隨著時(shí)間增加，針鐵礦吸附亞甲基藍(lán)的量增大，吸附平衡時(shí)間為30 min。（2）亞甲基藍(lán)的去除率隨吸附劑投加量的增大而增加，對(duì)于50 mL 30 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液，加入0.4 g針鐵礦，去除率可達(dá)88.2%。（3）針鐵礦對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附受溫度影響較小。（4）針鐵礦對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附可以用Langmuir模型擬合且為優(yōu)惠吸附。（5）針鐵礦對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，粒子內(nèi)擴(kuò)散并不是針鐵礦吸附亞甲基藍(lán)的速率決定步驟，隨著溫度的增加，吸附速率加快。

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