無機改性粉煤灰對模擬染料廢水吸附脫色的作用.doc

-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-文章編號：1671-0118（2003）03-0000-00無機改性粉煤灰對模擬染料廢水吸附脫色的作用王敏欣1，何緒文1，谷慶寶2(1.中國礦業(yè)大學北京校區(qū)，北京100083；2.中國環(huán)境科學研究院，北京100012)摘要：采用單因子實驗的方法，選擇了合適的改性劑，對粉煤灰的無機改性進行了研究，分析了改性灰的吸附平衡時間和pH值對改性灰吸附效果的影響。研究結果表明：用雙氧水改性過的粉煤灰有較好的效果，對模擬染料廢水的色度去除力很強。當改性灰的投加量為0.5%、pH9時，脫色率可達95%以上。關鍵詞：粉煤灰；吸附；表面改性中圖分類號：X791文獻標識碼：AAbsorptionofflyashmodifiedthroughinorganicmethodsonsimulateddyeingwaterWANGMinxin1,HEXuwen1,GUQingbao2(1.ChinaUniversityofMiningandTechnology,BeijingCampus,100083,China；2.ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012,China)Abstract:Inthispaper,amethodofmodifyingflyashisstudied,byusingthesinglefactorexperiments.Theeffectsofmodificationreagents,thetimeofadsorptionequilibrium,andpHareinvestigated.ExperimentalresultsshowsthatflyashmodifiedwithH2O2haveabettereffete.Whenthedosageofmodifiedashis0.5%,theremovalrateofcolorinwastewaterwithpHmorethan9exceeds95%.Keywords:absorption；flyash；surfacemodification0引言1我國粉煤灰利用率約為30%，且主要作為建筑材料用于筑路、修堤等。近年來，人們正致力于開發(fā)粉煤灰的環(huán)保利用。據(jù)報道1，已成功的用于去除工業(yè)廢水中的苯酚。Cincinnati大學的一項研究表明，粉煤灰用于處理含氟廢水。但從已有文獻報道中看2，吸附效果還有待于進一步提高。筆者從這一目的出發(fā)研究粉煤灰無機改性方法及改性效果。1材料與實驗方法1.1實驗儀器日本產(chǎn)KOKUSANH-900型座式離心機，日本產(chǎn)SW-600HHotplatestirrer型6座磁力攪拌器，日本產(chǎn)HitachiU3120型紫外及可見分光光度計，美國收稿日期：2000-07-20基金項目：國家“九五”攻關項目（96-909-05-02-03）作者簡介：王敏欣（1973-），女，河北省藁城人，職稱，碩士，研究方向：水處理，E-mail：。產(chǎn)Quantsorb型比表面測定儀。1.2實驗藥品粉煤灰，化學成分如表1所示，比表面積如表2所示。表1粉煤灰化學組成Table1Characteristics&chemicalcompositionofflyash化學成分含量/%化學成分含量/%SiO250.19K2O1.03Al2O333.58TiO21.15Fe2O35.10MnO0.03CaO4.25LOI2.37Na2O0.39表2粉煤灰的比表面測定結果Table2Specificsurfaceareaofflyash項目比表面積/m2g-1項目比表面積/m2g-1全樣2.59200320目2.67100目1.68320目2.85100200目2.132黑龍江科技學院學報第13卷模擬樣本試劑：H2O2，HCl，HNO3，H2SO4，CaO，NaCl（分析純，北京化學試劑公司）。模擬廢水，系用蒸餾水配成的直接耐酸大紅4BS溶液（最大吸收波長為496nm）。1.3實驗方法采用單因子實驗方法，選擇合適的改性劑，研究改性灰的吸附平衡時間及pH值對改性灰吸附效果的影響1.3.1粉煤灰的表面改性實驗方法將粉煤灰和一定濃度的改性劑溶液按一定比例混合在一起，常溫條件下攪拌反應一定時間，然后進行抽濾，將所得固體洗凈后烘干。1.3.2改性灰的效果實驗靜態(tài)吸附：具塞錐形瓶中置一定量的灰和一定濃度模擬廢水后，在磁力攪拌器上以180r/min的速度攪拌吸附一定時間，離心分離后取上清液測定。1.4分析方法模擬廢水的濃度和其吸光度之間存在很好的線性相關性，相關系數(shù)為0.999。A=0.025C+0.042，式中：A吸光度；C模擬廢水的濃度。筆者以改性灰吸附前后溶液吸光度的變化來表征改性灰的吸附能力，并用脫色率來定量表示。脫色率計算公式為：%10000AAAE，式中：A0吸附前溶液的吸光度；A吸附后溶液的吸光度。2結果與討論2.1最佳改性劑的選擇實驗用模擬廢水的濃度為10mg/L，改性劑分別選用H2O2，HCl，HNO3，H2SO4，CaO，NaCl，其溶液濃度均為0.5N，固液質量比為110，常溫條件下，中速攪拌3。實驗結果如圖1所示。從圖1可以看出4號和5號改性灰的脫色率與原灰相比有了大幅度提高。說明4號灰的改性劑H2O2，5號灰的改性劑CaO的改性效果好。2.2改性灰的吸附平衡時間實驗條件：改性灰4，模擬廢水200mL，濃度10mg/L，pH值為7，實驗結果如圖2所示。由表2知，此粉煤灰以大孔為主，所以吸附過程進行比較快，在較短時間內即可完成。由圖2可見，粉煤灰在20min以后達到吸附平衡，而改性灰經(jīng)過40min的攪拌吸附后，基本能達到吸附平衡。在吸附開始的一段時間內脫色率上升較快，以后慢慢趨于平緩。這種先快后慢的過程，是由于當灰剛加入廢水中時粉煤灰表面和溶液中染料分子的濃度差最大，由此產(chǎn)生的吸附推動力也最大，造成了吸附開始一段時間進行較快。隨著時間的推移，粉煤灰的表面和染料分子的濃度差逐漸減小，因而吸附推動力減弱，吸附過程趨于緩慢。改性灰比原灰達到平衡的時間要長一些。這可能是H2O2具有強氧化性，可以將原灰中的一些殘?zhí)佳趸簦ㄓ杀?知原灰燒失量較高），從而使改性灰的微孔隙增多，吸附活性點有充分的機會與染料分子接觸，吸附能力增強，吸附平衡時間也相應延長。2.3pH值對改性灰吸附效果的影響實驗條件：灰量1g，模擬廢水200mL，廢水濃度10mg/L，吸附時間40min，實驗結果如圖3所示。806040200100粉煤灰改性4改性3改性2改性1圖1改性劑種類對改性灰脫色率的影響Fig.1Efficiencyofdifferentmodificationreagents脫色率/%改性5改性6t/min圖2改性灰吸附平衡時間的影響Fig.2Adsorptiveequilibriumtimeifmodifiedash803060204010205010040脫色率/%改性灰用量10g/L改性灰用量5g/L粉煤灰用量5g/L改性灰粉煤灰57811931009080706050pH脫色率/%圖3pH值對改性灰脫色率的影響Fig.3EffectofpH第3期王敏欣，等：無機改性粉煤灰對模擬染料廢水吸附脫色的作用3-專業(yè)文檔，值得珍藏！-模擬樣本圖3表明，隨著pH值由中性向酸性變化，粉煤灰吸附脫色率有所提高，但幅度不大。當pH值大于9以后，脫色率上升較快，為脫色率最高的pH值范圍。強堿條件下脫色率高的原因可能是，粉煤灰表面吸附大量羥基離子，這些羥基與染料中的OH、SO3、NH2或COO等發(fā)生氫鍵聯(lián)結，增強了粉煤灰對染料分子吸附能力的緣故。另外，一個很明顯的趨勢是原灰在pH值為8左右存在一個最低點而改性灰則沒有。這可能是由于原灰在此pH值時的電性4和染料膠體顆粒的電性相同，它們之間強烈的排斥力占了優(yōu)勢，使吸附效果變差，而H2O2改性灰的表面由于大量羥基離子的存在使氫鍵的聯(lián)結作用占了優(yōu)勢，脫色率略有上升。2.4粉煤灰與改性灰對染料廢水吸附效果比較吸附等溫線對于確定吸附質在吸附劑上的吸附能力很有利。本實驗在20下，通過數(shù)據(jù)擬合分別做出粉煤灰與改性灰的吸附量與平衡濃度的對數(shù)曲線，均為直線，如圖4所示。由Freundlich吸附模型知，其動力學行為符合方程eelog1loglogCnKQ，式中：Qe平衡吸附量；K、n經(jīng)驗常數(shù)；Ce平衡濃度。該圖還說明改性灰對該染料的吸附能力要優(yōu)于粉煤灰對該染料的吸附能力。3結論（1）最佳改性劑為H2O2。（2）改性灰的吸附平衡時間為40min，與原灰相比稍有延長。（3）改性灰及原粉煤灰的動力學行為都遵循Freundlich方程，改性粉煤灰吸附效果更為優(yōu)越。（4）改性灰的吸附脫色作用比原灰有了很大提高且受pH值的影響不大。同一條件下，pH值為7時脫色率最低為86.6%，pH值為9時達到最高為96.32%。參考文獻：1邵穎,劉維屏,王青清.活化粉煤灰對弱酸性艷綠GS吸附性能的研究J.工業(yè)水處理,1997,17(1):21-27.2汪樹軍.