改性膨潤(rùn)土對(duì)印染廢水中染料的去除效果研究

張鍍光 張澤乾

改性膨潤(rùn)土對(duì)印染廢水中染料的去除效果研究

張鍍光 張澤乾

以鈉基膨潤(rùn)土為原料，以十二烷基三甲基氯化銨為改性劑，制得改性膨潤(rùn)土。研究了膨潤(rùn)土的最佳改性條件和改性膨潤(rùn)土用于結(jié)晶紫染料廢水脫色的工藝條件，確定了改性膨潤(rùn)土的最佳制備條件：十二烷基三甲基氯化銨溶液濃度為1 g/L，制備溫度為70 ℃，攪拌時(shí)間為20 min。結(jié)晶紫印染廢水的最佳處理工藝條件為：改性膨潤(rùn)土投土量為15 g/L，pH值為8，攪拌時(shí)間為20 min。在此工藝條件下，十二烷基三甲基氯化銨改性膨潤(rùn)土對(duì)結(jié)晶紫染料廢水脫色率可達(dá)85.4%。

改性膨潤(rùn)土；印染廢水；結(jié)晶紫；吸附

印染廢水具有顏色深，COD、BOD 值較高，含有多種有毒物質(zhì)，組成復(fù)雜多變，治理難度大等特點(diǎn)。常用的處理方法有吸附法、化學(xué)氧化法和生物處理法等。其中吸附法主要用于預(yù)處理和深度處理[1]。由于吸附材料具有再生利用潛能，因而吸附發(fā)在實(shí)際生產(chǎn)中廣為應(yīng)用。常用的吸附材料有活性炭、粉煤灰、硅藻土及膨潤(rùn)土等。其中，膨潤(rùn)土具有很大的比表面積及表面能[2]，是去除染料等有機(jī)物的有效吸附材料。但天然膨潤(rùn)土具有膨脹性及懸浮性，在水介質(zhì)中易分散呈膠體狀態(tài)[3]，直接用于染料廢水的處理效果很差，在使用前必須經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)型或改性等預(yù)處理。

本研究采用十二烷基三甲基氯化銨[4]對(duì)鈉基膨潤(rùn)土進(jìn)行有機(jī)改性，探討膨潤(rùn)土的最佳改性條件和改性膨潤(rùn)土用于結(jié)晶紫染料廢水脫色的最佳工藝條件，為改性膨潤(rùn)土在印染廢水中的應(yīng)用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

儀器：722S可見(jiàn)分光光度計(jì)、UV2600型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)、離心機(jī)、恒溫磁力攪拌器、電子恒溫水浴鍋、精密pH計(jì)、恒溫干燥箱等。

試劑：鈉基膨潤(rùn)土、十二烷基三甲基氯化銨、結(jié)晶紫、0.1 mol/L NaOH、0.1 mol/L HCl、去離子水。

1.2 實(shí)驗(yàn)用印染廢水

稱取0.002 g的結(jié)晶紫溶于水，轉(zhuǎn)移至1000 mL容量瓶定容，制得2 mg/L的結(jié)晶紫染料[5]。通過(guò)紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)掃描，得其最大吸收波長(zhǎng)為574 nm。用722S可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)得其吸光度為0.251。

1.3 改性膨潤(rùn)土制備

向鈉基膨潤(rùn)土中加入去離子水?dāng)嚢?，再加入十二烷基三甲基氯化銨溶液混合，在恒溫水浴鍋中加熱攪拌后過(guò)濾，在60 ℃下烘干濾餅并研磨，過(guò)100目篩，即得改性后的膨潤(rùn)土[6]。

1.4 改性膨潤(rùn)土靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)

在室溫下，用上述改性膨潤(rùn)土處理結(jié)晶紫印染廢水，探究pH值、攪拌時(shí)間、投土量3個(gè)因素對(duì)印染廢水脫色率的影響。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，取10 mL的結(jié)晶紫印染廢水，加入改性膨潤(rùn)土后，調(diào)pH值，在磁力攪拌器上攪拌后沉淀，離心分離，取上清液，用分光光度計(jì)在574 nm處測(cè)定其吸光度，并由下式[7]計(jì)算脫色率η：

式中，A0為吸附前溶液的吸光度；A為吸附后溶液的吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 改性膨潤(rùn)土最佳制備條件確定

取結(jié)晶紫印染廢水10 mL，用改性膨潤(rùn)土處理使其脫色，投土量20 g/L，攪拌30 min，離心10 min，以脫色率為指標(biāo)，考察十二烷基三甲基氯化銨溶液濃度、制備溫度、攪拌時(shí)間3個(gè)因素對(duì)改性鈉基土制備的影響。

2.1.1 十二烷基三甲基氯化銨溶液濃度對(duì)吸附性能的影響

設(shè)定制備溫度為75 ℃，攪拌時(shí)間為30 min，取7個(gè)燒杯，分別用濃度為0.15、0.25、0.4、0.5、1、1.5、2 g/L的十二烷基三甲基氯化銨溶液制備改性膨潤(rùn)土，考察不同濃度十二烷基三甲基氯化銨溶液制備的改性膨潤(rùn)土對(duì)結(jié)晶紫染料的處理效果，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 十二烷基三甲基氯化銨溶液濃度對(duì)脫色率的影響

由圖1可知，當(dāng)十二烷基三甲基氯化銨溶液濃度小于1 g/L時(shí)，脫色率隨其濃度的增加呈上升趨勢(shì)；大于1 g/L后呈下降趨勢(shì)；當(dāng)濃度等于1 g/L時(shí)，脫色率最高，達(dá)到92.4%。因此，十二烷基三甲基氯化銨溶液最佳濃度為1 g/L。

2.1.2 制備溫度對(duì)吸附性能的影響

設(shè)定十二烷基三甲基氯化銨溶液濃度為1 g/L，攪拌時(shí)間為30 min，考察50、60、70、75、80 ℃制備溫度下改性膨潤(rùn)土的吸附效果，如圖2所示。

圖2 制備溫度對(duì)脫色率的影響

由圖2可知，當(dāng)溫度低于70 ℃時(shí)，隨著溫度的升高，脫色率逐漸上升；高于70 ℃時(shí)，脫色率開(kāi)始逐步下降；最佳制備溫度為70 ℃，此時(shí)脫色率為84.3%。這是因?yàn)闇囟容^低時(shí)，十二烷基三甲基氯化銨未被膨潤(rùn)土有效吸附，隨著制備溫度的升高，其逐步被有效吸附，改性效果明顯，脫色率增加；溫度大于70 ℃時(shí)，其因溫度過(guò)高而開(kāi)始分解，脫色率隨著加熱溫度的升高而減小。

2.1.3 制備時(shí)攪拌時(shí)間對(duì)吸附性能的影響

設(shè)定十二烷基三甲基氯化銨溶液濃度為1 g/L，制備溫度為70 ℃，攪拌時(shí)間分別設(shè)置為7、10、15、20、25、30 min，考察其對(duì)吸附效果的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 攪拌時(shí)間對(duì)脫色率的影響

由圖3可知，脫色率隨著攪拌時(shí)間的增加而增大，當(dāng)攪拌時(shí)間達(dá)到20 min后，脫色率達(dá)到85.3%，此后增長(zhǎng)緩慢，基本保持不變。此時(shí)十二烷基三甲基氯化銨與膨潤(rùn)土完全混合，被有效地吸附到膨潤(rùn)土中。因此，選擇攪拌時(shí)間為20 min為宜。

2.2 改性膨潤(rùn)土最佳吸附工藝條件確定

2.2.1 廢水pH值對(duì)脫色率的影響

取結(jié)晶紫溶液8份，分別用0.1 mol/L HCl 和0.1 mol/L NaOH調(diào)節(jié)廢水pH值為3、4、5、6、7、8、9、10，然后各加入0.2 g改性膨潤(rùn)土，攪拌30 min，離心分離后吸取上清液，測(cè)其吸光度，結(jié)果如圖4所示。

圖4 廢水pH值對(duì)脫色率的影響

由圖4可知，隨著廢水pH值的升高，結(jié)晶紫廢水的脫色率逐步提高。在pH為8時(shí)，脫色率達(dá)到最大，為85.1%。此后，隨著pH值升高，脫色率開(kāi)始下降。表明改性膨潤(rùn)土處理該結(jié)晶紫廢水的最佳pH值為8。其原因是改性膨潤(rùn)土在弱堿性環(huán)境下離子交換與吸附性能最大，活性最佳。結(jié)合廢水排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)pH的要求為6～9，選擇pH值為8進(jìn)行脫色最好。

2.2.2 攪拌時(shí)間對(duì)脫色率的影響

在pH為8的條件下，取8份結(jié)晶紫溶液，分別加入0.2 g改性膨潤(rùn)土，攪拌時(shí)間分別設(shè)定為5、8、10、15、18、20、25和30 min。完成后，離心分離并吸取上清液，測(cè)其吸光度，結(jié)果如圖5所示。

圖5 攪拌時(shí)間對(duì)脫色率的影響

結(jié)果顯示，隨著攪拌時(shí)間的增加，結(jié)晶紫廢水的脫色率不斷增大。開(kāi)始階段脫色率增長(zhǎng)較快，往后逐漸降低，當(dāng)攪拌時(shí)間達(dá)到20 min時(shí)，脫色率基本保持平衡，原因是反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后，吸附與解吸反應(yīng)逐漸達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，脫色率保持穩(wěn)定，不再增加。因此，選擇攪拌時(shí)間為20 min最佳。

2.2.3 投土量對(duì)脫色率的影響

在pH為8、攪拌時(shí)間為20 min的條件下，于8只燒杯中分別加入0.04、0.06、0.08、0.10、0.12、0.15、0.18和0.20 g的改性膨潤(rùn)土及結(jié)晶紫印染廢水10 mL，使其投加濃度分別為4、6、8、10、12、15、18和20 g/L，攪拌后離心分離，吸取上清液，測(cè)其吸光度，結(jié)果如圖6所示。

圖6 投土量對(duì)脫色率的影響

由圖6可知，隨著投土量的增大，結(jié)晶紫廢水的脫色率不斷增大，當(dāng)膨潤(rùn)土的投土量為15 g/L時(shí)，脫色率基本達(dá)到最高值，為85.4%。繼續(xù)增大投土量，脫色率增長(zhǎng)不明顯，考慮到處理費(fèi)用，選擇投土量為15 g/L較為適宜。

2.3 原始膨潤(rùn)土與改性膨潤(rùn)土處理印染廢水對(duì)比研究

在印染廢水的pH為8，吸附處理攪拌時(shí)間為20 min的條件下，取10 mL結(jié)晶紫溶液2份，按照投加量為15 g/L分別加入原膨潤(rùn)土和改性膨潤(rùn)土，比較兩類膨潤(rùn)土的處理效果。結(jié)果顯示，原始膨潤(rùn)土的除色率僅為49.5%，而改性膨潤(rùn)土的除色率達(dá)到了85.4%。改性膨潤(rùn)土處理印染廢水的效果要明顯優(yōu)于原始膨潤(rùn)土。

3 結(jié)語(yǔ)

本論文研究了改性膨潤(rùn)土的最佳制備條件及工藝條件，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）以十二烷基三甲基氯化銨改性膨潤(rùn)土的最佳制備條件為：十二烷基三甲基氯化銨溶液濃度為1 g/L，制備溫度為70 ℃，攪拌時(shí)間為20 min。

（2）結(jié)晶紫印染廢水的最佳處理工藝條件為：改性膨潤(rùn)土投加量為15 g/L，pH為8，攪拌時(shí)間為20 min。在此工藝條件下，十二烷基三甲基氯化銨改性膨潤(rùn)土對(duì)結(jié)晶紫染料廢水脫色率可達(dá)85.4%。

（3）原始膨潤(rùn)土的除色率僅為49.5%，改性膨潤(rùn)土的除色率達(dá)到85.4%。改性膨潤(rùn)土處理印染廢水的效果要明顯優(yōu)于原始膨潤(rùn)土。

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2095-6444(2014)04-0062-03

2014-07-01

張鍍光，環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心；張澤乾，北京中環(huán)格億技術(shù)咨詢有限公司。