張麗芳

(沈陽(yáng)理工大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110159)

表面改性硅藻土吸附水中活性艷紅的研究

張麗芳

(沈陽(yáng)理工大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110159)

以硅藻土為基質(zhì)，在高錳酸鉀溶液中通過(guò)化學(xué)方法制備了負(fù)載型錳氧化物改性硅藻土吸附劑，并利用該吸附劑對(duì)染料活性艷紅進(jìn)行吸附脫色實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)c(KMnO4)為0.15mol/L時(shí)，改性硅藻土吸附劑對(duì)染料艷紅的η可達(dá)96%。當(dāng)吸附體系pH為4～6時(shí)，吸附效果最好。對(duì)吸附結(jié)果用Langmuir和Freundlich等溫方程描述時(shí)，發(fā)現(xiàn)Langmuir方程能更好地描述吸附行為，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.998。

硅藻土;改性吸附;活性艷紅;錳氧化物

引言

印染廢水中的染料很多為含偶氮鍵、多聚芳香環(huán)的復(fù)雜有機(jī)物，如果排放到環(huán)境中會(huì)妨礙水體自凈，對(duì)微生物和魚(yú)類(lèi)都有毒害作用［1］。這些染料具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、難降解、抗酸、抗堿、抗光、抗微生物等特性，有較長(zhǎng)的滯留期。其中某些染料甚至可致癌，會(huì)對(duì)人類(lèi)健康產(chǎn)生危害［2-4］。

硅藻土屬于多孔材料，比表面積大，化學(xué)穩(wěn)定性高。但天然硅藻土礦物的吸附性能較差，不能有效去除印染廢水中的染料，需要通過(guò)改性來(lái)進(jìn)一步提高它的吸附性能。本文主要是以硅藻土為原料，通過(guò)化學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行改性，然后用改性后的硅藻土對(duì)活性艷紅染料進(jìn)行吸附研究。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)儀器主要包括721E型分光光度計(jì)(上海光譜儀器有限公司);恒溫空氣振蕩器(常州國(guó)華電器有限公司);離心機(jī)(常州國(guó)華電器有限公司); DL-201BS烘箱(天津市中環(huán)試驗(yàn)電爐有限公司); 9003A原子吸收分光光度計(jì)(沈陽(yáng)分析儀器廠)等。

1.2 試驗(yàn)所用染料

實(shí)驗(yàn)用的染料為活性艷紅，屬于陰離子型偶氮類(lèi)染料，實(shí)驗(yàn)時(shí)將活性艷紅配制成1g/L的貯備液，實(shí)驗(yàn)用液由該貯備液稀釋而成。

1.3 硅藻土表面改性方法

配制0.05、0.10、0.15和0.20mol/L的高錳酸鉀溶液各200mL，分別加入10g硅藻土后煮沸，在不斷攪拌下，緩慢滴入適量的濃鹽酸，不斷攪拌以防止溶液底部發(fā)生沉淀聚集，溶液時(shí)間煮沸為1h，然后停止加熱，在室溫下冷卻放置2h后過(guò)濾，用蒸餾水洗滌多次，于110℃烘箱烘干，備用。

錳氧化物負(fù)載量的測(cè)定:稱取制得的改性硅藻土2g，置于100mL V(HNO3)∶V(H2O)=1∶3硝酸溶液中，攪拌，待改性硅藻土上的錳氧化物完全溶解，露出硅藻土本色后，離心過(guò)濾，用原子吸收分光光度法測(cè)定過(guò)濾后上清液中錳的含量，計(jì)算改性硅藻土中錳氧化物的負(fù)載量。

1.4 吸附試驗(yàn)

稱取一定量的改性硅藻土，加入到ρ=50 mg/L的30mL染料溶液中，置于θ為25℃，n為130 r/min恒溫空氣浴振蕩器中，恒溫振蕩吸附，吸附平衡后，離心過(guò)濾，取上清液，于最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)吸光度，計(jì)算去除率。吸附率計(jì)算公式如下:

式中:ρ0、ρe——分別為吸附前和吸附平衡時(shí)的染料質(zhì)量濃度，mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 高錳酸鉀濃度對(duì)吸附率的影響

采用不同濃度高錳酸鉀對(duì)硅藻土進(jìn)行改性，改性后硅藻土的吸附效果如圖1所示。從圖1可以看出，未經(jīng)過(guò)改性時(shí)，硅藻土對(duì)活性艷紅的去除率較低，隨著高錳酸鉀的濃度升高，硅藻土負(fù)載的錳氧化物的質(zhì)量也隨之增加，改性硅藻土的吸附效果也隨之增強(qiáng)。當(dāng)c(KMnO4)為0.15mol/L時(shí)，硅藻土表面負(fù)載的錳氧化物為0.82g/g，此時(shí)，改性后硅藻土η，達(dá)到最大值96%。繼續(xù)增加高錳酸鉀濃度，錳氧化物負(fù)載量繼續(xù)增加，但是吸附率開(kāi)始降低，這可能是由于負(fù)載過(guò)多的錳氧化物減低了硅藻土的表面積的緣故。

圖1 c(高錳酸鉀)對(duì)η和錳氧化物負(fù)載量的影響

2.2 吸附時(shí)間對(duì)去除率的影響

選取ρ初始為50mg/L的活性艷紅溶液，投加0.1g改性硅藻土，在不同時(shí)間下分別測(cè)定溶液吸光度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，改性硅藻土對(duì)染料吸附速度較快，在100min時(shí)，η已達(dá)到了80%，100 min之后，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，吸附去除率上升緩慢，180min時(shí)對(duì)染料的吸附趨于平衡。

圖2 吸附時(shí)間對(duì)η的影響

2.3 吸附劑投加量對(duì)去除率的影響

考察了改性硅藻土的不同投加量對(duì)染料去除率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，隨著吸附劑的投加量迅速增加，染料去除率也隨之升高，當(dāng)m吸附劑達(dá)到0.1g時(shí)，η可達(dá)88%，投加量繼續(xù)增加時(shí)，改性硅藻土對(duì)染料的去除率上升速度趨慢。吸附劑投加量的增加，增大了吸附表面積，同時(shí)也增加了參與吸附的官能團(tuán)數(shù)目［5］。

圖3 m吸附劑對(duì)η的影響

2.4 溫度對(duì)去除率的影響

當(dāng)m吸附劑為0.1g，ρ(染料)為50 mg/L時(shí)，分別考察了20、25、30、35和40℃下改性硅藻土對(duì)染料的去除率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 溫度對(duì)η的影響

由圖4可知，在實(shí)驗(yàn)研究的溫度范圍內(nèi)，改性硅藻土對(duì)染料的去除率隨著溫度的升高而增大，表明改性硅藻土對(duì)染料的吸附行為吸熱過(guò)程，升高溫度有利于吸附的進(jìn)行。

2.5 pH對(duì)去除率的影響

為了考察不同體系的pH對(duì)染料吸附的影響，當(dāng)m吸附劑為0.1g，ρ(染料)為50mg/L時(shí)，分別考察了不同pH溶液對(duì)染料去除率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 pH對(duì)η的影響

從圖5可以看出，溶液pH較低時(shí)，吸附效果較差。當(dāng)pH為4～6時(shí)，改性硅藻土對(duì)染料的去除效果最好，但隨著溶液pH的繼續(xù)升高，改性硅藻土對(duì)染料的去除率開(kāi)始下降。這表明較高的pH不利于改性硅藻土對(duì)染料的吸附。

2.6 吸附等溫線

分別配制一系列質(zhì)量濃度的染料溶液，進(jìn)行等溫吸附試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。從圖6可以看出，改性硅藻土的平衡吸附量隨著染料質(zhì)量濃度的增大而增大，當(dāng)染料平衡質(zhì)量濃度增大到一定程度后，改性硅藻土吸附量的增加速度逐漸變緩，并趨于飽和。這是由于當(dāng)吸附劑用量一定時(shí)，吸附劑上的吸附位點(diǎn)也是一定的，隨著染料質(zhì)量濃度的增大，吸附劑上的剩余吸附位點(diǎn)逐漸減少，因而吸附劑對(duì)染料的吸附量慢慢趨于飽和。

圖6 吸附等溫線

等溫吸附平衡過(guò)程可以用吸附等溫方程式來(lái)描述。描述吸附等溫線最常用的模型是Langmuir方程和Freundlich方程［6-7］。Langmuir方程和Freundlich方程的線性化形式分別為:

式中:b、K和n均為經(jīng)驗(yàn)常數(shù);q0為吸附劑對(duì)染料單層的最大吸附量，mg/g;qe為吸附劑吸附平衡時(shí)的吸附量，mg/g;ρe為吸附平衡時(shí)的染料質(zhì)量濃度，mg/L。

將試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別用Langmuir和Freundlich線性方程進(jìn)行擬合，其相關(guān)系數(shù)分別為0.998和0.918，其中Langmuir模型的相關(guān)系數(shù)大于0.99，說(shuō)明用Langmuir等溫模型能夠很好地表達(dá)染料在改性硅藻土上的吸附行為。

3 結(jié)論

1)改性硅藻土吸附活性艷紅染料的效果要優(yōu)于硅藻土，當(dāng)用c=0.15 mol/L的高錳酸鉀改性硅藻土吸附活性艷紅染料時(shí)，η可達(dá)96%。

2)考察了活性艷紅染料溶液pH對(duì)吸附率的影響，發(fā)現(xiàn)pH過(guò)高或過(guò)低時(shí)都不利于吸附劑對(duì)染料的吸附，當(dāng)體系pH為4～6時(shí)，吸附劑對(duì)染料吸附效果最佳。溫度對(duì)吸附劑的吸附率有一定影響，溫度較低時(shí)，吸附率較低，當(dāng)θ升高到30℃時(shí)，對(duì)活性艷紅染料的η接近90%。

3)分別將活性艷紅染料的吸附數(shù)據(jù)用Langmuir方程和Freundlich方程兩種吸附模型進(jìn)行擬合，結(jié)果表明Langmuir模型優(yōu)于Freundlich模型，能較好地表述改性硅藻土對(duì)活性艷紅染料的吸附行為。

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Adsorption of Reactive Red in Aqueous Solution by Surface Modified Diatomite

ZHANG Li-fang
(School of Environmental and Chemical Engineering，Shenyang Ligong University，Shenyang 110159，China)

Manganese oxide modified diatomite was prepared in potassium permanganate solution by chemical method with diatomite as substrate，and the removal of reactive red from aqueous solution was tested.The results showed that at the concentration of potassium permanganate of 0.15mol/L，the adsorption rate of modified diatomite for reactive red was up to 96%.The adsorption efficiency of modified diatomite varied with the pH of solution，and the maximum adsorption value was obtained in the range of pH 4～6.By processing the adsorption equilibrium data with Langmuir and Freundlich models，it was found that the adsorption process tended to obey the Langmuir model with correlation coefficient of 0.998.

diatomite;modified adsorption;reactive red;manganese oxide

X 703

:B

1001-3849(2010)09-0041-04

2010-03-22

:2010-05-14