粉煤灰對水中酸性品紅的吸附研究*

朱振華　張藝　李小敏

(1.伊犁師范學院污染物化學與環(huán)境治理重點實驗室　新疆伊寧 835000；2.伊犁師范學院化學與環(huán)境科學學院　新疆伊寧 835000)

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粉煤灰對水中酸性品紅的吸附研究*

朱振華1，2張藝1，2李小敏1，2

(1.伊犁師范學院污染物化學與環(huán)境治理重點實驗室新疆伊寧 835000；2.伊犁師范學院化學與環(huán)境科學學院新疆伊寧 835000)

摘要以粉煤灰為吸附劑，研究了粉煤灰對酸性品紅的吸附效果。選取了粒徑、投加量、溫度、時間、轉(zhuǎn)速、染料濃度6個因素進行單因素實驗，研究了各個因素對粉煤灰的影響，研究表明，粉煤灰對酸性品紅的吸附效果很好，最高去除率可達99.63%；并且從熱力學和動力學兩方面對粉煤灰吸附酸性品紅的過程進行擬合，結(jié)果表明，粉煤灰對酸性品紅吸附的熱力學過程比較符合模型LangmuirEXT1，動力學過程比較符合準一級吸附動力學方程BoxLucas1。

關(guān)鍵詞粉煤灰吸附酸性品紅

Study on Adsorption of Acid Fuchsin in Water by Fly Ash

ZHU Zhenhua1，2ZHANG Yi1，2LI Xiaomin1，2

(1.KeyLaboratoryofPollutantsofChemicalandEnvironmentalControl,YiliNormalUniversityYining,Xinjiang835000)AbstractIn this paper, the adsorption of fly ash on acid fuchsin is studied by using fly ash as the adsorbent. 6 factors, such as diameter, dosage, temperature, time, speed and dye concentration, are selected to conduct single factor experiment and to study the effects of various factors on fly ash. The research shows that the adsorption of fly ash on acid fuchsin is satisfying and the highest removal rate can be up to 99.63%; from the two aspects of thermodynamics and kinetics, the adsorption of fly ash on acid fuchsin is fitted and the results show that the thermodynamic process of the adsorption conforms to model EXT1 and the dynamic process agrees with the pseudo first order adsorption kinetic equation.Key Wordsfly ashadsorptionacid fuchion

0引言

吸附法是處理印染廢水中污染物的重要方法，目前工業(yè)生產(chǎn)主要應用活性炭作為吸附劑，但活性炭存在著生產(chǎn)成本高、再生困難等缺點[1]?，F(xiàn)在常用的染料廢水處理方法主要有生物降解[2-3]、氧化[4]、膜技術(shù)[5]和吸附[6]。如今我國煤化工項目的發(fā)展必定會產(chǎn)生大量的粉煤灰，如何將粉煤灰綜合利用成為了國內(nèi)外研究的熱點。粉煤灰本身具有多孔的結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，具有很好的吸附效果。本試驗采用粉煤灰對水中酸性品紅進行吸附，研究了粉煤灰粒徑、粉煤灰投加量、吸附溫度、吸附時間、搖床轉(zhuǎn)速、品紅溶液濃度對去除率的影響，并從動力學和熱力學角度研究了粉煤灰對酸性品紅的吸附與吸附模型的擬合情況。

1材料與方法

原料為粉煤灰，來自伊犁師范學院鍋爐。主要儀器有GZX-9146MBE數(shù)顯鼓風干燥箱、JA5103N電子天平、723PC可見分光光度計、QYC-200恒溫培養(yǎng)搖床、TG16-WS臺式高速離心機。

實驗先將洗凈后的粉煤灰干燥后備用，通過向酸性品紅中加入不同量的粉煤灰，攪拌后震蕩30 min，靜置15 min后離心，利用分光光度計(波長為540 nm)測定吸附后的溶液吸光度，計算去除率。

2結(jié)果與分析

2.1單因素實驗

2.1.1粉煤灰粒徑對酸性品紅吸附效果的影響

固定吸附溫度為20 ℃，吸附劑投加量為0.02 g，吸附時間0.2 h，轉(zhuǎn)速150 r/min。研究粉煤灰不同粒徑(48，80,120,150,180 μm)對酸性品紅吸附效果的影響，見圖1。

圖1表明，粉煤灰對酸性品紅去除率隨著粉煤灰粒徑的減小而升高，在48 μm達到最高值89.91%；而在120 μm時斜率最大。

圖1　粉煤灰不同粒徑對酸性品紅吸附效果的影響

2.1.2粉煤灰投加量對酸性品紅吸附效果的影響

粉煤灰過孔徑48 μm的篩，吸附溫度為20 ℃，吸附時間0.2 h，轉(zhuǎn)速150 r/min。研究粉煤灰的投加量(0.02，0.04 ，0.06 ，0.08，0.1 g)對酸性品紅吸附效果的影響，見圖2。

圖2　粉煤灰不同投加量對酸性品紅吸附效果的影響

由圖2可以看出，粉煤灰對酸性品紅的去除率隨著投加量的增加而增加，在投加量為0.1 g的時候效果最好，達到91.96%。

2.1.3吸附溫度對酸性品紅吸附效果的影響

固定粉煤灰過孔徑48 μm的篩，吸附劑投加量為0.1 g，吸附時間0.2 h，轉(zhuǎn)速150 r/min。研究吸附溫度(20，30，40，50，60，70 ℃)對酸性品紅吸附效果的影響，見圖3。

圖3　粉煤灰不同吸附溫度對酸性品紅吸附效果的影響

由圖3可知，粉煤灰對酸性品紅的去除率隨著吸附溫度的增加而增加，在吸附溫度為70 ℃時效果最好；在吸附溫度為40 ℃時斜率最大。

2.1.4吸附時間對酸性品紅吸附效果的影響

固定粉煤灰過孔徑48 μm的篩，吸附溫度為60 ℃，吸附劑投加量為0.1 g，轉(zhuǎn)速150 r/min。研究不同吸附時間(0.1，0.2，0.3，0.4，0.5 h)對改性粉煤灰吸附效果的影響，見圖4。

從圖4可以看出，粉煤灰對酸性品紅的去除率隨著吸附時間的升高而升高，在0.5 h達到最高值；其中在0.2 h時斜率最大。

圖4　粉煤灰不同吸附時間對酸性品紅吸附效果的影響

2.1.5轉(zhuǎn)速對酸性品紅吸附效果的影響

固定粉煤灰過孔徑48 μm的篩，吸附溫度為20 ℃，吸附劑投加量為0.1 g，吸附時間0.2 h。研究不同轉(zhuǎn)速(60，100，140，180，220 r/min)對粉煤灰吸附效果的影響，見圖5。

圖5　粉煤灰不同轉(zhuǎn)速對酸性品紅吸附效果的影響

從圖5可以看出，粉煤灰對酸性品紅的去除率隨著轉(zhuǎn)速的升高而升高，在220 r/min達到最高值且斜率最大。

2.1.6品紅溶液濃度對粉煤灰吸附效果的影響

固定粉煤灰過孔徑48 μm的篩，吸附溫度為25 ℃，吸附劑投加量為0.1 g，吸附時間0.2 h，轉(zhuǎn)速150 r/min。研究品紅溶液不同濃度(1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 mL/g)對改性粉煤灰吸附效果的影響，見圖6。

圖6　不同染料濃度對吸附效果的影響

從圖6可以看出，改性后的粉煤灰對酸性品紅去除率隨著液料比的升高而升高，在2.0 mL/g達到最高值且斜率最大。

2.2吸附熱力學研究

在25 ℃的條件下研究了平衡濃度與吸附容量的關(guān)系，繪制了熱力學曲線；并采用了LangmuirEXT1和FreundlichEXT兩種吸附等溫式對實驗數(shù)據(jù)進行擬合，結(jié)果見圖7、表1。

圖7　LangmuirEXT1及FreundlichEXT吸附等溫式擬合

參數(shù)模型LangmuirEXT1y=[a*b*x(1-c)]/[1+b*x(1-c)]FreundlichEXTy=a*x[b*x(-c)]a0.355270.36097b0.03999-34.67225c-4.857926.00209R0.993230.99124

根據(jù)圖7可知，在一定溫度下，粉煤灰的吸附量隨著平衡濃度的升高而升高；根據(jù)表1可知，在25 ℃時，粉煤灰的吸附熱力學過程比較符合模型FreundlichEXT。

2.3不同溫度下的吸附動力學研究

本文選取了20 ℃、25 ℃、35 ℃三個溫度，研究了吸附時間與吸附容量的關(guān)系，繪制了動力學曲線；并采用了準一級動力學方程BoxLucas1對實驗數(shù)據(jù)進行擬合，結(jié)果見圖8、表2。

圖8　20 ℃、25 ℃、35 ℃時動力學擬合曲線

參數(shù)模型BoxLucas1 y=a*[1-e(-b*x)]20℃25℃35℃a0.13570.14060.1418b9.74638.992411.2228R0.94570.9550.9736

根據(jù)圖8可知，在較低溫度范圍內(nèi)，粉煤灰的吸附量隨著溫度的升高而升高；在35 ℃時最符合準一級吸附動力學方程BoxLucas1。

3結(jié)語

本實驗選取了粒徑、投加量、溫度、時間、轉(zhuǎn)速、染料濃度6個因素進行單因素實驗，實驗結(jié)果表明，利用粉煤灰去除水中的酸性品紅具有很好的效果，去除率高達99.63%。對吸附過程從熱力學和動力學兩方面進行了研究，結(jié)果表明，在一定溫度下，粉煤灰的吸附量隨著平衡濃度的升高而升高；在25 ℃時，粉煤灰的吸附熱力學過程比較符合模型LangmuirEXT1；在較低溫度的范圍內(nèi)，粉煤灰的吸附量隨著溫度的升高而升高；在35 ℃時最符合準一級吸附動力學方程BoxLucas1。

本實驗染料廢水經(jīng)粉煤灰吸附后，采用過濾，離心機分離(4 500 r/min)后，可將水與粉煤灰完全分離，避免二次污染。

參考文獻

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(收稿日期：2015-03-16)

作者簡介朱振華，男，1984年生，甘肅蘭州人，碩士，講師，主要從事環(huán)境友好型吸附劑的研究。

*基金項目：國家自然科學基金(21261023)，新疆維吾爾自治區(qū)高?？蒲杏媱澢嗄杲處熆蒲袉踊?XJEDU2013S41)。