改性膨潤土處理低濃度甲醛廢水的研究

李亞煥 ，王 嬌 ，劉 冰

（1．鐵嶺市環(huán)境保護科學研究院，遼寧 鐵嶺 112000;2．鐵嶺市環(huán)境信息中心，遼寧 鐵嶺 112000;3．鐵嶺市環(huán)境保護科學研究院，遼寧 鐵嶺 112000）

改性膨潤土處理低濃度甲醛廢水的研究

李亞煥1，王 嬌2，劉 冰3

（1．鐵嶺市環(huán)境保護科學研究院，遼寧 鐵嶺 112000;2．鐵嶺市環(huán)境信息中心，遼寧 鐵嶺 112000;3．鐵嶺市環(huán)境保護科學研究院，遼寧 鐵嶺 112000）

以十六烷基三甲基溴化銨為改性劑，對鈉基膨潤土進行活化改性，考察了改性膨潤土加入量、吸附時間、吸附溫度以及pH值等因素對改性膨潤土去除低濃度甲醛模擬廢水的影響。 結果表明，有機改性膨潤土對甲醛模擬廢水有較好的去除效果，當改性膨潤土用量為4g·（100mL）－1，吸附溫度為30℃，吸附時間為30min，pH值為中性時，甲醛的去除率可達45．12%。

改性膨潤土;甲醛模擬廢水;吸附;去除率

甲醛廢水主要來源于有機合成、合成纖維、油漆、染料、制革、木材加工及制造行業(yè)排放的廢水[1]。甲醛為較高毒性的物質(zhì)，在我國有毒化學品優(yōu)先控制名單上甲醛高居第二位。甲醛已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織確定為致癌和致畸形物質(zhì)，是公認的變態(tài)反應源，也是潛在的強致突變物之一[2]。如果人類長期飲用被甲醛污染的水源，會引發(fā)頭昏、貧血以及各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病。為此，研究學者對甲醛廢水的處理進行了很多的試驗研究。目前處理甲醛廢水的主要方法有芬頓法、光催化氧化法、濕式氧化處理等高級氧化技術，以及二氧化氯法，蒸汽吹脫法，氧化吸附法，尿素縮合法，SBR工藝等[3～4]。這些方法各有特點，但從處理成本上來看都不經(jīng)濟。膨潤土是以蒙脫石為主要礦物成分的黏土，具有很大的比表面積，良好的吸附性能和陽離子交換能力[5～6]，可以作為一種新型廉價的水處理吸附劑，這使其在廢水處理方面獲得了應用。然而天然膨潤土直接處理污水效果不佳。近年來，人們通過物理和化學的方法使膨潤土與表面活性劑作用形成改性膨潤土，使其吸附性能得到較大的改善，目前，應用較多的改性劑主要是季銨鹽陽離子，如應用最廣的十六烷基三甲基溴化銨（CTMAB）、環(huán)氧樹脂、聚苯胺和聚丙烯等[7～8]。本文用CTMAB對膨潤土進行改性，對甲醛模擬廢水進行了吸附實驗，探討改性膨潤土對甲醛廢水的處理效果。

1 實驗部分

1．1 主要儀器和試劑

電子天平，722光柵分光光度計，HZQ-X100振蕩培養(yǎng)箱。原土為鈉基膨潤土（工業(yè)級），乙酰丙酮，甲醛，十六烷基三甲基溴化銨均為分析純。

1．2 改性膨潤土的制備

在250mL錐形瓶中加入蒸餾水并放于恒溫水浴中加熱到60℃后，將30g的膨潤土原土加入其中，振蕩，使其分散，然后迅速加入150mL質(zhì)量濃度5%的改性劑十六烷基三甲基溴化銨，在恒溫水浴中繼續(xù)振蕩約10min后放于室溫下靜置24h，真空抽濾后用蒸餾水洗滌兩遍。再在80℃左右下干燥，然后研磨，即得到試驗所需的改性有機膨潤土[9]。

1．3 甲醛測定

1．3．1 測定原理

利用乙酰丙酮分光光度法:甲醛在pH＝6的乙酸—乙酸銨緩沖溶液中，與乙酰丙酮作用，在沸水浴條件下，生成穩(wěn)定的黃色化合物，在波長413nm處測定吸光度[10]。

1．3．2 標準曲線

用乙酰丙酮分光光度法，在413nm處，測量所配制的一系列甲醛標準溶液的吸光度A，做出標準工作曲線如圖1所示。

1．3．3 甲醛去除率的計算方法

去除率＝（吸附前甲醛濃度－吸附后甲醛濃度）／吸附前甲醛濃度×100%。

圖1 甲醛濃度標準曲線

1．4 吸附實驗

在250mL錐形瓶中，分別加入100mL濃度為5．00μg·mL－1的甲醛廢水（自配），用 HCl或 NaOH溶液調(diào)節(jié)廢水的pH值到所需范圍;再分別加入準確稱量的有機改性膨潤土;在給定溫度下以140 r·min－1振蕩吸附處理一定時間，靜置，取上清液，用乙酰丙酮分光光度法測定甲醛濃度，計算甲醛的去除率。

2 實驗結果與討論

2．1 改性膨潤土投入量對甲醛去除率的影響

取不同質(zhì)量的有機改性過的膨潤土（2g、3g、4g、5g、6g），分別置于 250mL 錐形瓶中，各取廢水100mL，調(diào)節(jié)廢水pH值至6，放入振蕩箱中開始振蕩，振蕩溫度為40℃，振蕩40min后，分別測定其吸光度，計算得到膨潤土投加量對甲醛去除率的影響，結果如圖2所示。

圖2 改性膨潤土的投加量對甲醛去除率的影響

從圖2中可知，隨著有機改性膨潤土投入量的增加，對甲醛的吸附效果明顯增強，去除率明顯增加，當膨潤土投加量為4g左右時，去除率達到最大，為42．23%，但當再繼續(xù)增加投加量時，甲醛的去除率沒有太大變化，吸附基本達到飽和，故膨潤土較適宜的投加量為4g。

2．2 吸附時間對COD去除率和濃度去除率的影響

取有機改性膨潤土各4g加入到5個250mL錐形瓶中，分別加入甲醛廢水100mL，調(diào)節(jié)廢水pH值至6，振蕩溫度為40℃，經(jīng)過不同的時間（10min、20min、30min、40min、50min）吸附后，所得結果如圖3所示。

圖3 吸附時間對甲醛去除率的影響

由圖3可以看出，當吸附時間低于30min時，去除率隨時間延長一直增大;當吸附時間達到30min時，甲醛去除率達到最大值，為42．17%;繼續(xù)延長反應時間，吸附效果變化不大，幾乎趨近飽和階段，表明此時的吸附已呈平衡狀態(tài)。因此確定最佳吸附反應時間為30min。

2．3 廢水的pH值對COD去除率和濃度去除率的影響

分別取 100mL 濃度為 5．00μg·mL－1的甲醛模擬廢水放入5個250mL錐形瓶中，分別加入改性膨潤土4g，用鹽酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)廢水的pH值，放到震蕩箱中震蕩30min，振蕩溫度為40℃，實驗結果見圖4。

圖4 pH對甲醛去除率的影響

從圖4中可以看出，pH低時，甲醛去除率較低，并且在pH小于6時，去除率隨pH增大而增大;pH達到6～8時，去除率達最大，為42．17%左右;繼續(xù)增大pH，去除率出現(xiàn)下降趨勢。所以pH應控制在中性左右。而甲醛廢水的pH即為中性，所以實際處理過程中可以不必調(diào)節(jié)pH。

2．4 溫度對COD去除率和濃度去除率的影響

分別向5個250mL錐形瓶中加入甲醛模擬廢水100mL，以及有機改性膨潤土4g，控制振蕩吸附時間為30min，在不同溫度下 （25℃、30℃、35℃、40℃、45℃）經(jīng)膨潤土吸附后，結果如圖 5所示。

圖5 吸附溫度對甲醛去除率的影響

從圖5中可以看出，溫度低于30℃時，去除率隨溫度升高而增大，當溫度達30℃時，甲醛去除率達到最大，為45．12%;繼續(xù)升溫處理效果變差。所以確定使用膨潤土處理甲醛廢水的溫度應控制在30℃左右。

4 結論

制得的CTMAB改性有機膨潤土對水中的甲醛能產(chǎn)生良好吸附作用。在30℃，pH值為中性，吸附時間為 30min 條件下，以 4g·（100mL）-1的加入量來處理濃度為 5．00μg·mL-1的低濃度甲醛模擬廢水，甲醛最大去除率達45．12%。

[1] 吳超飛，王剛，楊波，等．催化氧化法處理含甲醛毒性有機廢水的工程試驗[J]．環(huán)境工程，2002， 20（2）:7-10．

[2] 劉文棟．甲醛清除劑的制備及除醛效果研究[J]．化學工程與裝備，2010，（6）:65-67．

[3] 李小紅，鄭旭煦，殷鐘意，等．活性炭負載納米TiO2光催化降解甲醛廢水研究 [J]．化學研究與應用，2009，21（4）:594-596．

[4] 王志海 ，魏宏斌，賈志宇．甲醛廢水處理技術的研究進展[J]．凈水技術，2008， 27（6） :8-10．

[5] 李夢耀，劉建．膨潤土的改性研究及其應用[J]．長安大學學報（地球科學版）， 2003，25（2）:76-78．

[6] 于瑞蓮．膨潤土的改性及其在廢水處理中的應用[J]．環(huán)境技術，2003，（1）:18-21．

[7] 王春艷，吳澤．膨潤土的開發(fā)與應用[J]．化學工程師，2002，（5）:37-38．

[8] 曾宇．十四烷基三甲基溴化銨對膨潤土改性合成及其表征[J]．光譜實驗室，2007，24（5）:872-876．

[9] 曹春艷，趙永華．膨潤土吸附處理含苯酚廢水的研究[J]．硅酸鹽通報， 2010，29（5）:1060-1062．

[10] 國家環(huán)境保護總局，《水和廢水檢測分析方法》編委會．水和廢水檢測分析方法（第4版）[M]．北京:中國環(huán)境科學出版社，2002．

Treatment of Low Concentration Formaldehyde Wastewater with Modified Bentonite

LIYa-huan1， WANGJiao2， LIUBing3
（1．Tieling Academey of Environmental Science， Tieling 112000，China;2．Tieling Environmental information centre，Tieling112000，China;3．Tieling Academey of Environmental Science， Tieling112000，China）

The Na-bentonite was modified with hexadecyl trimethyl ammonium bromide and the tests for treatment of low concentration formaldehyde simulated wastewater were studied．The optimum conditions such as dosage of modified bentonite，pH，agitation time，were investigated．The experimental results showed that the removal rate of formaldehyde could be up to 45．12%under the following conditions:the dosage of organic modified bentonite was 4 g／100mL，the adsorption time was 30 min，the pH value was neutral，and the adsorption temperature was30℃．

modified bentonite;formaldehyde simulated wastewater;adsorption;removal rate

X 703

A

1671-9905（2011）09-0054-03

2011-04-25