- 相關(guān)推薦
凹凸棒石去除印染廢水中結晶紫的研究
引言
凹凸棒是一種堿土金屬的含水鎂鋁硅酸鹽粘土礦物，是天然納米結構礦物材料，具有良好的吸附性、陽(yáng)離子交換能力和較大的內、外表面積，對各類(lèi)有機污染物有良好的吸附效果。此外，因其具有納米材料的屬性，還可以作為催化劑載體。這些物理化學(xué)性能為一般粘土礦物所無(wú)法比擬。我國凹凸棒資源儲量豐富，僅甘肅臨澤、江蘇盱眙所探明儲量就大于其他國家總和。另外，凹凸棒開(kāi)采成本不高，許多學(xué)者對凹凸棒的應用進(jìn)行了大量的研究，但對于廢水中染料吸附的研究較少。凹凸棒如能作為脫色劑使用，則可以大大降低脫色成本。
凹凸棒的理論化學(xué)式為Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O，其結構已由Bradley[1]于1940年提出。
染料廢水是公認的較難處理的工業(yè)廢水之一。據統計，我國染料的年產(chǎn)量已超過(guò)德國和美國而居世界第一，隨之而來(lái)的是大量的染料廢水排放。[2]染料廢水具有污染物濃度高，色度深，可生化性差，處理難度大，對水環(huán)境危害嚴重等特點(diǎn)。特別是含陽(yáng)離子型難生化降解的染料廢水，本身對微生物有毒害作用。有關(guān)陽(yáng)離子染料廢水的脫色研究，國內外已試用多種方法，包括離子交換法、吸附法、臭氧氧化法、化學(xué)生物法等，但處理效果難以令人滿(mǎn)意�，F在比較普遍的吸附法中，常用的吸附劑是活性炭，但由于有耗量大、成本高等缺陷，尋求成本低廉、效果好的天然吸附劑已成為各國研究的熱點(diǎn)。[3]
結晶紫別名龍膽紫、甲紫，屬含多環(huán)芳烴類(lèi)堿性染料，分子式為C25H30ClN3。這類(lèi)多環(huán)芳烴染料屬于重要的難降解有機物。醫療廢水和印染廢水中經(jīng)常含有結晶紫。在染色排放廢水中的殘余染料能夠積累，會(huì )對受納水體產(chǎn)生較大的有機性污染，破壞水體的生態(tài)系統，并使水體帶有各種使人不愉快的顏色。另外，結晶紫還屬于有毒有害物質(zhì)，中等毒性。
對于廢水中結晶紫的去除曾有人做過(guò)吸附法[4]、光催化降解[5]、微生物降解[6]、泡沫分離法[7]等方面的研究，但是各有利弊：成本過(guò)高、周期過(guò)長(cháng)，脫色不完全等，不適合大規模應用。所以本文通過(guò)模擬染料廢水進(jìn)行脫色試驗，以考察各種工藝條件對染料去除率的影響情況，確定最佳工藝條件，研究含陽(yáng)離子染料結晶紫的廢水在凹凸棒作為吸附劑時(shí)的脫色規律，為以凹凸棒為吸附劑處理陽(yáng)離子染料廢水提供科學(xué)依據。
1 實(shí)驗部分
1.1 常規儀器與試劑
結晶紫（AR，天津市凱通化學(xué)試劑有限公司）、凹凸棒（產(chǎn)地：甘肅臨澤）、活性炭(AR，國藥集團化學(xué)試劑有限公司)、濃硫酸（白銀市白化良友化學(xué)試劑有限公司）、六偏磷酸鈉（AR，天津市光復精細化工研究所）、十六烷基三甲基溴化銨（AR，天津市光復精細化工研究所）、去離子水（實(shí)驗室自制）。
200 目標準分樣篩（浙江上虞市道墟振興篩具儀器廠(chǎng)）、METTLER AE200S 電子分析天平（Mettler-Toledo Instr. Ltd.）、DHG-9145A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）、SIMS50000 去離子水儀（Millipore Trading Co., Ltd.）、DF-101S 即熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鄭州長(cháng)城科工貿有限公司）、THZ-98A 型恒溫振蕩培養箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）、KQ-500B 超聲波清洗器（昆山超聲儀器有限公司）、LD5-2A 離心機（北京京立離心機有限公司）、紫外可見(jiàn)分光光度計（UNICAM UV300）、ET99730 微電腦多參數快速水質(zhì)測量?jì)x（北京艾諾威商貿有限公司）、ET99125 加熱消解器（北京艾諾威商貿有限公司）；容量瓶、燒杯、錐形瓶、漏斗、布氏漏斗、真空泵。
1.2 實(shí)驗步驟
1.2.1 模擬廢水的配制
據所查文獻可知，結晶紫印染廢水濃度一般為0.10～0.40 mg/L，所以分別配制濃度為0.10mg/l、0.20mg/l、0.40mg/l 的結晶紫溶液各200ml，置于錐形瓶中，加入磁力攪拌子，放入恒溫加熱磁力攪拌器攪拌15min 使之完全溶解�！�
1.2.2 結晶紫的吸附
取配制好的三種不同濃度結晶紫溶液于三個(gè)錐形瓶中，各取50ml，分別按的用量水平加入凹凸棒，置于恒溫振蕩培養箱中，以300r/min 的速度振蕩一定時(shí)間。
1.2.3 正交試驗
按表選取的實(shí)驗安排分別完成1——9 號實(shí)驗，完成后離心分離，取上清液，測定各溶液的吸光度，重復三次，取其平均值，并按以下公式分別計算出各因素水平下的脫色率：
脫色率=（A0-Ae）/A0×100%
1.2.4 凹凸棒的提純與改性
提純：取分散劑（六偏磷酸鈉，質(zhì)量為凹凸棒的3%）溶于去離子水形成均相溶液，在60℃，高速磁力攪拌下加入凹凸棒（凹凸棒的質(zhì)量濃度為10%），持續攪拌30min，之后以重力沉降法分離，取上層溶液蒸發(fā)結晶，在105℃下烘干。干燥后研磨粉碎，過(guò)200 目篩，得到提純凹凸棒，備用。[8]
酸化改性：凹凸棒礦石經(jīng)機械粉碎過(guò)200 目篩網(wǎng)篩分預處理后，加入去離子水攪拌并煮沸30min，冷卻后抽濾，加入2%表面活性劑（十六烷基三甲基溴化銨），3%硫酸進(jìn)行酸活化處理，然后離心去水，之后在恒溫鼓風(fēng)干燥箱中干燥，最后將樣品研磨粉碎，過(guò)200 目篩，備用。
超聲波有機改性：取一定量的過(guò)篩凹凸棒，加入去離子水攪拌并煮沸30min，以十六烷基三甲基溴化銨作為改性劑，按質(zhì)量分數2%加入其中，置于超聲波清洗器中，在30℃，40KHz下超聲震蕩30min，之后離心脫水，在恒溫鼓風(fēng)干燥箱中干燥，最后將樣品研磨粉碎，過(guò)200目篩，備用。[9]
1.2.5 對比實(shí)驗
在正交實(shí)驗得出的最佳條件下，取同樣質(zhì)量的活性炭（現有吸附效果較好的吸附劑）與改性凹凸棒在同樣條件下進(jìn)行脫色，完成后凹凸棒脫色樣品離心分離，活性炭脫色樣品進(jìn)行抽濾，各取上清液，測定其吸光度，重復三次，取其平均值，作為對比。
1.3 實(shí)驗結果
根據中選取的試驗因素及水平，選擇L9(34)正交表安排試驗，具體的試驗次數、試驗方案和試驗結果見(jiàn)。
2 試驗結果數據分析及討論
2.1 直觀(guān)分析
根據可知，本次試驗的脫色率平均值為89.14%，最低值和最高值分別為80.00%和93.77%，這個(gè)水平的脫色率難以滿(mǎn)足脫色要求，需要進(jìn)一步的實(shí)驗。此外，凹凸棒對高濃度結晶紫溶液的脫色率明顯大于低濃度結晶紫溶液。
根據《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB 18918 -2002）可知，本實(shí)驗對COD 的去除均滿(mǎn)足三級標準，其中部分可達到二級標準，完全可以滿(mǎn)足COD 去除要求，而其中經(jīng)提純的凹凸棒對COD 去除效果最好。
2.2 極差分析
根據正交試驗方法，對脫色率和COD 去除率的測定結果進(jìn)行極差R 值的分析。計算結果見(jiàn)。
因為之前實(shí)驗中沒(méi)有A3B2C2D2 及A2B1C1D1 組合，所以補做此兩種條件下的吸附實(shí)驗，測得A3B2C2D2 條件下脫色率為94.14%；A2B1C1D1 條件下COD 去除率為78.06%。
此兩種條件下分別以提純凹凸棒土、硫酸改性凹凸棒做吸附劑，并以相同質(zhì)量的活性炭作為對比實(shí)驗，得到結果如下：
2.3 討論
本實(shí)驗研究了不同因素對凹凸棒吸附染料結晶紫的影響，獲得了吸附多環(huán)芳烴結晶紫的優(yōu)化實(shí)驗條件。
2.3.1 初始濃度的影響
實(shí)驗選取的濃度范圍內，隨著(zhù)濃度增大，脫色率有變大的趨勢。
2.3.2 吸附劑用量的影響
吸附劑用量較小時(shí)，用量增大脫色率也隨之提高；達到飽和以后，吸附劑用量繼續增大，脫色率無(wú)明顯變化。
2.3.3 吸附時(shí)間和吸附溫度的影響
從極差分析可知，吸附時(shí)間和反應溫度對脫色率并無(wú)明顯影響，由此可以說(shuō)明，達到吸附平衡后，時(shí)間并不是影響脫色率的主要因素。
2.3.4 對 COD 的去除
從對數據的分析可知，對COD 的去除率并沒(méi)有脫色率那么明顯的趨勢，作者懷疑這種情況主要由以下兩個(gè)原因造成：a.實(shí)驗本身的誤差：由于COD 的測定分為0-150 和0-1500兩種量程，而各自都需要不同的消解液，所以消解液的配制和量程的不同都可能造成誤差。b.凹凸棒中所含有的各種具有氧化還原性的成分對實(shí)驗的影響。[10]其中原因b 已由提純凹凸棒得到較好的COD 去除效果所證實(shí)。
2.3.5 吸附機理分析
通過(guò)文獻可知，提純凹凸棒由于去除了雜質(zhì)，所以其各方面性能都有較大提高；酸改性的凹凸棒對無(wú)機陽(yáng)離子吸附效果較好；而超聲改性對有機物吸附效果較好。
凹凸棒石的超聲改性采用有機表面活性劑作為改性劑，用長(cháng)碳鏈有機陽(yáng)離子取代凹凸棒石間無(wú)機陽(yáng)離子，使層間距擴大，同時(shí)凹凸棒石顆粒表面也能吸附部分無(wú)機陽(yáng)離子，晶格內外部分結晶水、吸附水也可能被有機物取代，從而改善疏水性，增強了其吸附有機物的能力。
3 結論
通過(guò)實(shí)驗發(fā)現，采用超聲改性的方法凹凸棒作為吸附劑，對水溶液中的陽(yáng)離子染料結晶紫具有很好的去除效果。吸附劑用量、污染物濃度是影響吸附效果的主要因素，而達到吸附平衡后，吸附時(shí)間的影響不大。在適宜的條件下，結晶紫的脫色率達到97.88%，與活性炭吸附效果相差無(wú)幾，取得了令人滿(mǎn)意的結果，進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗方案將會(huì )取得更好的效果；另外，對COD 的去除也達到排放標準。由于該方法操作簡(jiǎn)單，成本低廉，去除率高，在陽(yáng)離子染料廢水處理技術(shù)方面具有巨大的潛在應用前景。此項應用需要解決的主要問(wèn)題是，使用過(guò)的吸附劑如何再生或處理，對此還有待進(jìn)一步的研究。
中國碩士論文網(wǎng)提供大量免費碩士畢業(yè)論文,如有業(yè)務(wù)需求請咨詢(xún)網(wǎng)站客服人員！
[參考文獻] (References)
[1] Bradley. The structure scheme of attapulgite[J]. Am. Mineral,1940,25(6):405-410
[2] 鄭冀魯, 范娟, 阮復昌.印染廢水混凝脫色技術(shù)的分子結構基礎[J].環(huán)境污染與防治, 2002,24(1): 23-25
[3] zcan A S, ncüE M, zcan A. Kinetics, Isotherm and Thermodynamic Studies of Adsorption of Acid Blue 193from Aqueous Solutions onto BTMA-Bentonite [J]. Colloid Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects, 2005, 266: 73-81
[4] 白曉琳,蔣旭.鎂鋁交聯(lián)膨潤土吸附處理結晶紫廢水的研究[J].遼寧化工,2007,36(11):755-757
[5] 蘇爽月.β2-（NH4）6SiW11Co（H20）O39·nH2O 光催化降解結晶紫的研究[J].河北農業(yè)科學(xué),2012,13(8):167-170
[6] 戴坤.白腐真菌裂褐菌F7 對甲基橙和結晶紫的脫色研究.的脫色研究[J].山東農業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2012,40(3):341-344
[7] 張曉龍,吳兆亮,鄭輝杰等.泡沫分離法處理結晶紫染料廢水的工藝[J].過(guò)程工程學(xué)報,2012,8(6):1116-1119
[8] 崔永麗,潘業(yè)才等.凹凸棒土的純化及吸附性能研究[J].中國非金屬礦工業(yè)導刊,2012,(1):31
[9] 宋勇,戴友芝.超聲波及其聯(lián)用技術(shù)處理有機污染物的研究進(jìn)展[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2005,31(7):1-3
[10] 黃敏文,苑星海,林穗云等.化學(xué)分析的樣品處理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2007.4:90-97
【凹凸棒石去除印染廢水中結晶紫的研究】相關(guān)文章：
嘉祥漢畫(huà)像石的雕刻技法研究01-06
水廠(chǎng)常規工藝去除可生物同化有機碳的研究論文12-08
建筑裝飾材料揮發(fā)性有機物及去除設備研究現狀11-17
JG無(wú)機水性滲透結晶型混凝土高效防護劑的研發(fā)03-01
和工業(yè)廢棉栽培平菇的高產(chǎn)技術(shù)03-18
注漿技術(shù)在控制井筒涌水中的應用03-22