三种吸附剂对毛用黄色染料的静态吸附比较

符荣荣,王柏华,2,聂素双,2

（1.北京服装学院,北京 100029;2.服装材料研究开发与评价北京市重点实验室,北京 100029）

研究探讨

三种吸附剂对毛用黄色染料的静态吸附比较

符荣荣1,王柏华1,2,聂素双1,2

（1.北京服装学院,北京 100029;2.服装材料研究开发与评价北京市重点实验室,北京 100029）

文章采用大孔树脂、活性炭、煤渣三种吸附剂处理各类毛用黄色染料的模拟染色废水,分别研究了不同的吸附剂对不同染料的吸附平衡时间;并分析了粒径的大小对染料的吸附饱和值的影响。结果表明：采用活性炭吸附不同种类的染料,其吸附平衡时间差异较大。染料分子量或分子尺寸越小,达平衡所用时间越长。而采用大孔树脂和煤渣吸附不同种类的染料,其达吸附平衡的时间差异较小;同时吸附剂的粒径越小,其对染料的吸附饱和值越大。

大孔树脂;活性炭;煤渣;染色废水;静态吸附

当今纺织染整工业染色废水的后处理问题引起了人们越来越多的关注,但由于染料废水成分复杂,色度高,单独使用一种技术不能完全将颜色和有机物去除。为了使废水能够达到回用标准,需进—步开发适用性较广的吸附剂,同时必须开发吸附技术与其它技术的组合工艺。活性炭由于其巨大的比表面积,因而具有良好的吸附性能,目前已经被广泛应用于许多不同的领域。煤渣作为工业及民用锅炉燃烧煤炭后排出的固体废弃物,它具有多孔结构,比表面积较大,且含有类似于活性炭性质的残炭,因而煤渣也是一种很好的吸附剂。大孔树脂吸附法处理各种有机废水日益受到世界各国的重视。但树脂吸附在染料废水处理方面的研究和应用不多。黄色染料作为三原色之一,在染色废水中大量存在。所以本文研究了这三种吸附剂对黄色染料模拟废水絮凝后滤液的静态吸附,比较了三种吸附剂对羊毛染色的各类黄色染料絮凝处理后的滤液的吸附平衡时间和吸附饱和值,为实际应用中选择合适的吸附剂和开发新的组合工艺提供了参考。

1 实验

1.1 主要材料及设备

大孔树脂：D 201、D 301,天津市南大水处理技术工程中心;活性炭;煤渣;羊毛染色的染料：弱酸黄 G,媒介深黄 GG,派拉丁黄 GR,中性艳黄 S-5GL,兰纳洒脱黄 2R,毛用活性黄 4G。

恒温振荡水浴锅;可见光分光光度计 722型;研钵;筛网;中速定性滤纸。

1.2 实验和测试

1.2.1 平衡吸附实验

在 250mL的锥形瓶中加入 50m L染料废水絮凝后的滤液和一定量的吸附剂,在恒温振荡器中,恒定温度 30℃,每间隔一段时间取样,取出后取上清液,用分光光度计在染料的最大吸收波长处测定吸光度,并根据公式 （1）算出染料溶液的质量浓度,绘制吸附时间和残留率之间的关系曲线图。

Ct—在t时刻染料溶液的质量浓度;At—t时刻的染液吸光度;C0—标准染料溶液的质量浓度;A0—标准染料溶液的吸光度。

1.2.2 各类吸附剂对不同染料的吸附饱和值的比较

在一系列锥形瓶中,加入 50mL染料废水絮凝后的滤液,保温 15m in,再加入相同质量的不同粒径的吸附剂,在恒温振荡器中,恒定温度 30℃,振荡至其完全吸附平衡,取出后用中速定性滤纸过滤,用分光光度计在染料的最大吸收波长处测定滤液的吸光度,根据公式 （2）计算单位质量吸附剂的饱和吸附值,并比较吸附剂对各染料的吸附饱和值受粒径影响的大小。

Qe—吸附剂的吸附量,单位 m g/g;C1—染液的初始质量浓度,单位 m g/mL;Ct—t时刻染料的质量浓度,单位 m g/mL;V—染液的体积,单位mL;W—吸附剂的质量,单位 g。

2 结果与讨论

配制的染料浓度为 1000 m g/L的模拟废水,经絮凝后,得到的滤液中染料的浓度各不相同,絮凝后滤液中染料的浓度见表 1。

表 1 各染料絮凝后滤液中染料浓度

2.1 不同吸附剂吸附平衡时间的探索

采用不同的吸附剂对六种染料的絮凝后滤液进行吸附,根据平衡吸附曲线确定其平衡时间,结果发现：不同的吸附剂对不同的染料吸附达到吸附饱和时的平衡时间是不一致的,各吸附剂对不同染料的吸附平衡时间如表 2所示。

表 2 各吸附剂对不同染料的平衡吸附时间（单位：h）

从表 2中可以看出,D 301、D 201及煤渣对不同的染料吸附达到吸附平衡所需的时间基本一致,但活性炭随染料种类的不同,达吸附平衡所需的时间相差较大。

由于染料分子尺寸也是吸附量的主要影响参数。空间体积较小,在扩散过程中所受的空间阻力较小,更易与活性炭中吸附点结合,而且能被更小的孔吸附,根据尺寸 （空间）排阻色谱法的原理,活性炭对于染料的吸附,染料在浓度梯度的动力作用下,因浓度差而渗入或扩散进人活性炭的孔中。经查阅染料索引,得知黄色染料的种类不同,分子体积也各不相同,弱酸黄 G＞中性艳黄 S-5GL＞毛用活性黄 4G＞兰纳洒脱黄 2R＞派拉丁黄 GR＞媒介深黄 GG,由此造成了在孔中扩散路径的差异。分子量或分子尺寸较大的只能进入比其更大的孔,而分子量或分子尺寸较小的溶质,能占有更多的孔体积,所以分子量或分子尺寸越小,达平衡所用时间越长。

因为大孔型树脂可以使直径较大的分子通行无阻。所以分子量和分子结构的大小对大孔树脂的吸附影响很小。而在常温、低浓度水溶液中,影响树脂交换的一个重要的化学性能是对离子的选择性。它们主要是通过离子交换来吸附滤液中的染料分子,由染料的分子式可知,可交换吸附的基团均只有两个,所以两种大孔树脂对六种染料的吸附平衡时间均需 3.5～4 h。

研究有机物在煤渣 /水间的界面行为时,可以用表面吸附作用机理解释。煤渣对这几种染料的吸附,达平衡吸附的时间受染料的影响也很小,且达平衡吸附的时间不长。这是因为煤渣的比表面积与活性炭相比,只有活性炭的一百三十分之一,孔径也不及活性炭,所以很快就能够达吸附平衡。

2.2 各类吸附剂的平衡吸附量的比较

在各吸附剂达吸附平衡后,比较了吸附剂的粒径对各类黄色染料吸附饱和值的影响。其结果如表 3所示。

表 3 各吸附剂对不同的黄色染料的饱和吸附值

从表 3中可以看出,某些吸附剂的平衡吸附量呈负值,是因为用中速定性滤纸过滤后,滤液呈现浑浊,原因不明,有待进一步研究。

对同一吸附剂,当粒径为 35～120目时,其平衡吸附量都随着其粒径的减小而增大。这是由于吸附剂粒径减小,比表面积增大,从而增加了吸附剂与染料分子碰撞的几率,吸附量随之增大。当粒径为 120～200目的吸附剂,吸附饱和值差距很小。

D 301和D 201对同一染料的吸附饱和值相差不大,所以大孔树脂的碱性强弱不影响其对染料的吸附能力。

三种吸附剂的粒径不同,对同一染料的平衡吸附量之比也不相同。对于小分子的染料,不同的吸附剂,随粒径的变化,吸附能力的变化较小。如派拉丁黄 GR,当粒径为 35目时,大孔树脂、活性炭及煤渣之间的吸附饱和值之比为 5.4∶2.7∶1。而当粒径为 120目和 200目时,三者之间的吸附饱和值之比为 5.0∶2.3∶1。对于大分子的染料,不同的吸附剂,随粒径的变化,吸附饱和值的变化较大,如毛用活性黄 4G,当粒径为 35目时,大孔树脂、活性炭及煤渣之间的吸附饱和值之比为 6.0∶4.4∶1,而当粒径为 120目和 200目时,大孔树脂、活性炭及煤渣之间的吸附饱和值之比为 5.4∶3.6∶1。因此分子越小,各类吸附剂之间的吸附饱和值之比随粒径的变化越小,分子越大,各类吸附剂之间的吸附饱和值之比随粒径的变化越大。

3 结论

3.1 活性炭随染料分子结构的不同,达吸附平衡所需的时间相差很大。且随染料分子量的增大,分子的空间位阻的增强,达吸附平衡所需的时间逐渐递减。

3.2 大孔树脂 D 201、D 301达平衡吸附的时间受染料的影响较小,因为它们不受染料结构的影响,仅与分子中可被选择交换吸附的基团的数量有关,而这几种染料所带的可交换基团都是 2～3个,差别不大。

3.3 煤渣达平衡吸附的时间受染料的影响较小,因为煤渣仅是表面吸附,其比表面积跟活性炭相比,只有活性炭的一百三十分之一,孔径也不及活性炭,所以很快就能够达吸附平衡。

3.4 三种吸附剂,因为染料分子的分子量及空间位阻的变化,在不同的粒径下,三者间的吸附能力之比有所变化,分子越小,各类吸附剂之间的平衡吸附量之比随粒径的变化越小;反之,各类吸附剂之间的平衡吸附量之比随粒径的变化越大。

[1] 赵宜江,张艳,嵇鸣等.印染废水吸附脱色技术的研究进展[J].水处理技术 ,2000,26（6）：315—319.

[2] 张建英,梁缘东,陈曙光等.染色废水吸附混凝效应研究[J].环境污染与防治,1998,20（3）：9—12.

[3] 严熙世,范瑾初.给水工程 （第 4版）[M].北京：中国建筑工业出版社,1999.

[4] 黄宗汉.烟气海水脱硫工艺的实践经验及其改进的探讨[J].环境保护 ,2005,（3）：33—35.

[5] 王全喜,陈孟林,何星存等.D301树脂对活性深蓝 K-R的吸附性能[J].化学研究,2006,17（6）：60—64.

[6] 蒋志茵,杨儒,张建春等.大麻杆活性炭对染料吸附性能的研究[J].北京化工大学学报 （自然科学版）,2010,37（2）：83—89.

[7] 岳钦艳,解建坤,高宝玉等.污泥活性炭对染料的吸附动力学研究[J].环境科学学报,2007,（9）：1431—1438.

[8] 刘国诠,余兆楼.色谱柱技术[M].北京：化学工业出版社,2001.

[9] 周本省.工业水处理技术 [M].北京：化学工业出版社,2002.

[10] 郝存江,元炯亮,栗洪斌等.改性蜂窝煤渣的吸附性能及机理研究[J].离子交换与吸附,2003,19（4）：343—350.

[11] 祝均林,唐玉斌.煤渣对染料酸性橙Ⅱ废水的脱色研究[J].环境保护与循环经济,2008,（1）：20—22.

The Com par ison between Three Sorp tion of Var ious Y ellow W oo lD yestu ff Sta tic Adsorp tion

FU Rong-rong1,WANG Bai-hua1,2,N IE Su-shuang1,2
（1.Beijing Institu te of Fashion Techno logy,Beijing 100029,China;2.Beijing Key Laborato ry of C lothingM aterialsR&D and A ssessm ent,Beijing 100029,China）

Sim u lation dyeingw astew aterof yellow woo l dyestuffw asm ade and used in the study of static adsorp tion,w ithm acroporous resin,activated carbon and cindersas sorp tions.The influence of adsorp tion equilibrium tim e of differentdyestuff adsorbed by one sorp ionwas studied respectively.M eanwhile the effectof partical size on the adsorp tion saturated valueswasanalysed.It is showed that,there are som e obvious differences on adso rp tion equilib rium tim e different dyestuffs adso rbed by activated carbon.The sm aller the mo lecu lar weightand themo lecular size of dyestuff are,the longer adsorp tion equilibrium tim e is.W hile there are som e slight d ifferenceson the equilibrium tim e betw een differen tdye adso rp ted bym acroporous resin,asw ellas cinders.A t the sam e tim e,w ith the decressing of the partic le size of adsorp tion,the adsorp tion saturated value is increasing gradually.

m acroporous resin,activated carbon,coal cinder,dyeingwastewater,static adsorp tion

TQ 085

A

1009-3028（2010）05-0001-04

2010-09-02

北京市服装材料研究开发与评价重点实验室科研项目（2009ZK-06）

符荣荣 （1986—）,女,江苏南通人,硕士研究生。