硅藻土对染料废水的吸附性能分析

谢朝阳 李素霞 雷思思

摘要：采用天然硅藻土处理酸性大红染料废水。在静态条件下，研究了硅藻土用量、振荡时间、溶液的pH和温度对酸性大红染料废水脱色效果的影响。结果表明，在硅藻土用量60 g/L，振荡时间60 min， pH 3，温度20℃条件下，硅藻土对酸性大红染料废水的脱色率最高，达66%。

关键词：硅藻土；吸附；染料废水

中图分类号：X788 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）08-1786-02

染料废水是极难处理的工业废水之一，多年来世界各国在这方面投入大量的人力、物力进行了多项研究。传统的染料废水处理技术主要有物理吸附法、化学法、物化法、生化法和电化学法等[1-5]。但有色废水中的染料毒性强、降解难，某些染料降解后也会产生致癌和有毒物质，因此不能单纯依靠生化或物化等方法，吸附法作为一种有效的手段正渐渐受到重视。活性炭吸附法对于去除废水中的溶解性有机物非常有效，但其成本较高。因此近年来，利用廉价材料如粉煤灰、木屑、炉渣及矿物黏土等作为染料的吸附剂在有色污水处理中得到广泛应用[6]。硅藻土作为一种资源丰富的多孔天然产物，价格比常用的活性炭吸附材料低得多，因此，有望成为理想的染料吸附材料[7-13]。

1 材料与方法

1.1 材料

酸性大红染料废水，天然硅藻土。水浴恒温振荡器，722S可见分光光度计，电子天平，pH酸度计，微孔滤膜，锥形瓶，烧杯，容量瓶。

1.2 方法

1.2.1 硅藻土的静态吸附试验 准确移取100 mL的400 mg/L酸性大红染料废水，调节pH至一定值，加入一定量的天然硅藻土，振荡，滤膜过滤，以去离子水为对照，在染料废水的最大吸收波长处测定吸光度，然后计算脱色率（去除率）。脱色率（去除率）的计算公式为η=（1-A/A0）×100%，式中，A0为吸附前溶液的吸光度，A为吸附后溶液的吸光度。

1.2.2 正交试验设计 选择硅藻土用量（A）、温度（B）、pH（C）、振荡时间（D）作为正交试验中的4个影响因素，各因素设置3个水平。正交试验因素与水平见表1。

2 结果与分析

2.1 硅藻土用量对吸附性能的影响

吸附率随硅藻土用量的变化情况见图1。由图1可知，当硅藻土投加量为20 g/L时，脱色率为41.4%；从20 g/L增加到80 g/L时，脱色率随着投加量的增加而有所上升，从41.4%上升到60.0%；当投加量为100 g/L时，脱色率为61.0%。考虑到处理成本，硅藻土用量80 g/L为适宜用量。

2.2 温度对吸附性能的影响

不同温度时的脱色率见图2。由图2可知，当温度从20 ℃升到40 ℃时脱色率逐渐增大，温度从40 ℃升到100 ℃时脱色率逐渐下降，脱色效果较差。40 ℃为硅藻土脱色效果最佳。以下单因子试验温度设定为40 ℃。

2.3 pH对吸附性能的影响

脱色率随pH的变化见图3。由图3可知，酸性环境下的脱色率比碱性环境下的脱色率好，当pH为4时的脱色率可达69.7%。由于硅藻土表面硅羟基在水溶液中部分离解为≡Si—O-和H+ ，显示一定的表面ζ电位，其表面ζ电位随pH 而变化[14]。此次研究的染料为酸性大红染料，属阴离子型， 硅藻土颗粒表现出一定的负电性，在大多数pH范围内硅藻土表面都带负电，但在酸性条件下，由于硅藻土表面的羟基被质子化，带正电。因此pH越低，硅藻土表面ζ电位越大，吸附量大。此次试验中在pH 4时脱色率最佳。以下单因子试验溶液pH调节为4。

2.4 振荡时间对吸附性能的影响

脱色率随振荡时间的变化见图4。由图4可知，当振荡时间为20 min时，脱色率为51.0%；当振荡时间为40 min时，脱色率增大为59.0%；当振荡时间为60 min时，脱色率增至63.0%；当振荡时间为80 min时，脱色率略有增加，为68.0%；当振荡时间为100 min时，脱色率基本保持不变。随着吸附时间的延长，脱色率增加，原因可能是振荡时间短时硅藻土与染料分子接触不充分，吸附量未达到饱和；当振荡时间为100 min，脱色率增幅不明显，表明振荡时间过长，吸附已经达到饱和。考虑到节能和处理效率，故取80 min为吸附的合适振荡时间。

2.5 正交试验结果分析

按L9（34）正交试验设计进行试验，结果见表2。根据极差分析可知，各因素对脱色率的影响为C>B>A>D，即pH的影响最大，其次是反应温度，然后是硅藻土的用量，最后是振荡时间。最佳水平组合为A1B3C1D3，即硅藻土的投加量为60 g/L，振荡时间为100 min，pH 3，反应温度为60 ℃。由于B1和B3、D1和D3脱色率差异不显著，同时考虑到节能和处理效率，故将最佳水平组合修正为A1B1C1D1，在此条件下进行试验，染料废水的脱色率较佳，可达66.0%。

3 小结

从单因子试验可以得出，硅藻土适宜投加量为80 g/L，40 ℃为脱色最佳温度，在pH为4时脱色率最佳，80 min为脱色的最佳振荡时间。从正交试验中得出影响脱色率大小的因素依次为pH、温度、硅藻土投加量、振荡时间，最佳水平组合为A1B1C1D1，即当硅藻土的投加量为60 g/L，振荡时间为60 min，pH 3，反应温度为20 ℃，在此条件下进行试验，染料废水的脱色率较佳，可达66.0%。

参考文献：

[1] 张 旭，陈 胜，孙德智.印染废水生物法处理技术研究进展[J].长春工业大学学报，2009，30（1）：26-32.

[2] 杨书铭，黄长盾. 纺织印染工业废水治理技术[M].北京：化学工业出版社，2005.

[3] 李家珍. 染料染色工业废水处理[M]. 北京：化学工业出版社，1994.

[4] 金亮基，刘勇健，姜兴华. 光催化在印染废水深度处理中的应用研究[J].应用化工，2008，37（10）：1210-1213.

[5] 肖晓琴，胡予秋.印染废水污染控制方法浅析[J]. 江西化工，2004，4（3）：6-11.

[6] RAMAKRISHNA K R，VIRARAGHAVAN T. Dye removal using low cost adsorbents[J]. Water Sci Technol，1997，36（2）：189-196.

[7] AKIN S，SCHEMBRE J M，BHAT S K，et al. Spontaneous imbibition characteristics of diatomite [J].Journal of Petroleum Science and Engineering[J].2000，25（3-4）：149-165.

[8] 罗智文. 改性硅藻土吸附废水中氨氮和重金属（铬）的研究[D]. 重庆：重庆大学，2006.

[9] 黄成彦. 中国硅藻土及其应用[M].北京：科学出版社，1983.

[10] 胡兆扬. 非金属矿工业手册[M].北京： 冶金工业出版社，1992.

[11] AKYUZ S， AKYUZ T， OZER N M. FT-IR spectropic investigations of benzidine and bipyridyls adsorbed on diatomite from Anatolia[J].Journal of Molecular Structure，2001，34（6）：493-496.

[12] 于 滟，包亚芳.硅藻土在污水处理中的应用[J].云南环境科学，2003，22（1）：56-59.

[13] 杨宇翔，张亚匡，吴介达，等. 硅藻土脱色机理及其在印染废水中应用的研究[J].工业水处理，1999，19（1）：15-17.

[14] 杨宇翔，吴介达，黄忠良，等.几种硅藻土的表面电化学性质的研究[J].无机化学学报，1997，13（1）：11-15.