即时合成铜镁铝水滑石处理红青莲染料废水的研究

(开滦总医院 总务科，河北 唐山 063000)

即时合成铜镁铝水滑石处理红青莲染料废水的研究

付荔

(开滦总医院 总务科，河北 唐山 063000)

研究了铜镁铝水滑石(HTLCs)及煅烧500 ℃条件下的HTLCs-500对红青莲染料废水溶液的吸附性能。考察了吸附剂投加量、反应时间、初始pH值、反应温度对二者吸附红青莲染料废水的影响。利用正交实验确定了HTLCs及HTLCs-500对红青莲染料废水的最佳吸附条件。实验结果表明，最佳吸附条件下，HTLCs及HTLCs-500对300 mg/L红青莲染料废水脱色率分别达到为92.73%和97.52%，且在较宽的pH值范围内二者的脱色性能稳定，HTLCs-500对该染料的吸附效果优于HTLCs。

即时合成；HTLCs；HTLCs -500；染料

目前，我国染料年产量达1.5×105t。在染料的生产和使用中有10%～15%的染料随废水排入环境[1-2]。染料废水具有水量大、色度高、pH值高、生化需氧量高、难生物降解、多变化的特点[3]。处理染料废水的常用方法有：絮凝沉淀法、吸附法、气浮法、膜分离法、化学氧化还原降解法、生物法、光催化氧化法等[4]，但在实际运用中存在不同程度的问题，经济有效地处理染料废水仍需进一步研究。

1 实验部分

1.1主要试剂与仪器

MgCl2·6H2O、AlCl3·6H2O、NaOH、HNO3、HCl、CuCl2·2H2O，以上均为分析纯。红青莲染料为工业级，保定某公司购买。

PHS-3C数字式酸度计、79HW-1恒温磁力搅拌器、SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵、FA2004A电子天平、101-3AB电热鼓风干燥箱、722可见光分光光度计、SHH-W21电热恒温水浴箱、AA-6800原子吸收分光光度计、RigakuD/Max-3B X射线粉末衍射仪、Nicolet Avatar 370FT-IR傅立叶变换红外吸收光谱仪。

1.2即时合成铜镁铝水滑石

配制Mg2++Cu2+与Al3+物质的量比为2，Cu2+与Mg2++Cu2+物质的量比为0.3的MgCl2、AlCl3的混合液、CuCl2溶液及NaOH的溶液。将MgCl2、AlCl3的混合液和NaOH溶液以1滴/s的速度滴加到CuCl2溶液中，滴加过程中伴随强烈搅拌并保持pH值为11。滴加完毕将其放入恒温水浴箱中静止晶化1 h，然后离心分离，之后将沉淀物放入到烘箱内，于80 ℃条件下烘干12 h，得到铜镁铝水滑石(HTLCs)[8]。

1.3实验方法

1.3.1 煅烧实验

本实验将HTLCs放入箱式电阻炉中500 ℃煅烧4 h，得到HTLCs -500。

1.3.2 吸附红青莲实验方法

各取50 mL模拟红青莲染料废水溶液分别置于两个100 mL烧杯中，调节相应的pH值。分别加入一定量HTLCs及HTLCs-500粉末，控制相适应的温度。利用磁力搅拌器搅拌后，在3 000 r/min条件下离心分离3 min，取上清液，分别测定其吸光度。由测定的吸光度值计算出所用HTLCs吸附剂及HTLCs-500吸附剂对模拟红青莲废水溶液的脱色率。

1.4脱色率的计算

用722分光光度计分别测定吸附实验前红青莲染料废水和吸附实验后红青莲染料废水的吸光度值，计算脱色率。计算公式如下：

F=[(A0-At)/A0]×100%

(1)

式中：F，脱色率，%；A0，吸附前红青莲溶液吸光度；At，吸附后红青莲溶液吸光度。

2 结果与讨论

2.1单因素实验结果与讨论

2.1.1 吸附剂投加量对脱色率的影响

分别投加不同质量的HTLCs及HTLCs-500至50 mL浓度为300 mg/L的模拟红青莲染料废水溶液中。在25 ℃条件下，强烈磁力搅拌30 min。反应后，离心分离3 min。用722可见光分光光度计在波长540 nm下测定上清液吸光度值，分别计算其脱色率。投加量对脱色率的影响如图1所示。

图1 不同投加量对脱色率的影响

由图1可见，红青莲脱色率随着投加量迅速增加，当HTLCs及HTLCs-500投加量分别达到3.0 g/L和2.5 g/L时，再增加投加量对脱色率提高不明显。说明该投加量下红青莲染料基本被铜镁铝水滑石吸附完全；因此分别选择3.0 g/L和2.5 g/L为HTLCs及HTLCs-500最佳投加量。此时脱色率分别为88.25%和91.61%。相同投加量下HTLCs-500比HTLCs对红青莲染料废水的吸附效果好，且在较低投加量情况下，HTLCs-500也能达到较高的脱色效率。这是由于HTLCs经500 ℃煅烧后，比表面积和微孔孔径均随之增大，表面吸附作用增强。且由于水滑石的“记忆效应”，HTLCs-500层插入红青莲染料阴离子，增强了对红青莲染料吸附作用。故在水滑石投加量相同的条件下，HTLCs-500脱色效果明显优于HTLCs。

2.1.2 反应时间对脱色率的影响

25 ℃下，分别向50 mL浓度为300 mg/L的模拟红青莲染料废水溶液中投入0.05 g HTLCs及HTLCs-500。用磁力搅拌器搅拌10、20、30、40、60、90、120 min。离心分离3 min，测定不同吸附时间下红青莲染料废水溶液的吸光度值，研究吸附时间对脱色效果的影响，如图2所示。

由图2可知，该吸附反应均为快速反应过程。

图2 不同反应时间对脱色率的影响

随着反应时间的增加，HTLCs及HTLCs-500充分吸附红青莲染料分子，脱色率也随之增加。反应10 min，其脱色率分别为44.61%和80.41%。在反应时间分别为60、40 min时，HTLCs和HTLCs-500对红青莲染料溶液的脱色率趋于稳定，分别达到了83.21%和90.48%。故分别选择40、60 min为HTLCs-500和HTLCs最佳反应时间。HTLCs-500达到吸附平衡的时间较短，速度较快，因此吸附反应速率大于HTLCs。这说明HTLCs-500在结构恢复过程中，吸附阴离子的速率大于HTLCs的离子交换速率。这是因为离子交换过程涉及到层间的孔隙扩散，而结构恢复是粒间扩散与结构重建同时进行的[9]，故结构恢复过程中吸附染料阴离子的速率要高于离子交换过程中吸附染料阴离子的速率。

2.1.3 反应温度对脱色率的影响

在25、35、45、55、65 ℃条件下，分别向50 mL浓度为300 mg/L的模拟红青莲染料废水溶液中投入0.05 g HTLCs及HTLCs-500。用磁力搅拌器搅拌30 min。离心分离3 min，测定不同吸附温度下红青莲染料废水溶液的吸光度值，研究吸附温度对脱色效果的影响。不同反应温度对脱色率的影响如图3所示。

图3 反应温度对脱色率的影响

由图3可知，随反应温度变化，HTLCs-500对染料废水的脱色率明有显变化。随着反应温度t增加，HTLCs对染料脱色率逐渐增加，表明饱和吸附量上升。在温度为45 ℃时，HTLCs对红青莲染料溶液的脱色率达到最大。在温度达到45 ℃后，HTLCs的吸附量反而随着温度的上升而下降，这是因为此时吸附作用以因化学键作用而形成的内络合层吸附为主。由于表面吸附作用为放热反应，随着温度的逐渐上升，平衡逐渐向解析方向移动，从而导致吸附量随着温度的上升略有下降。因此，温度变化不会影响HTLCs-500去除染料废水的脱色率，而HTLCs吸附染料废水的最佳温度为45 ℃。

2.1.4 pH值对脱色率的影响

25 ℃下，在50 mL浓度为300 mg/L的红青莲染料溶液中，用稀释后的HCl溶液和稀释后的NaOH溶液调节溶液的酸度值，控制pH值分别在2.37～12.38内。调节好酸度值后，分别加入0.05 g HTLCs及HTLCs-500，磁力搅振荡30 min。在反应完毕之后，离心分离3 min，分别测定上清液的吸光度，计算脱色率。研究溶液pH值对红青莲染料脱色效率的影响。实验结果如图4所示。

图4 pH值对脱色率的影响

由图4可见，HTLCs及HTLCs-500对染料的脱色率在pH值为3～9范围内几乎不变。表明在一定pH值范围内，吸附剂的脱色性能很稳定。而当染料溶液的pH值>9后，脱色率迅速减小，脱色性能变差。这是因为在强碱性条件下，碱性溶液中OH-与红青莲染料的阴离子产生了竞争性吸附，阻碍了红青莲的阴离子进入HTLCs及HTLCs-500的层间。因此，要取得较好的吸附效果，HTLCs及HTLCs-500吸附反应初始pH值应分别控制在3～9和2～9范围内。

2.2正交实验

2.2.1 正交实验设计

以pH值、吸附剂投加量、反应时间为因素，以HTLCs及HTLCs-500对红青莲染料脱色率为目标函数。选用L9(33)正交表做正交实验，确定HTLCs及HTLCs-500处理红青莲染料废水的最佳条件。

2.2.2 正交实验结果分析

2.2.2.1 HTLCs正交实验结果分析

HTLCs正交实验结果分析见表1。

表1 正交实验结果及极差分析

由表1可知，pH值、反应时间、吸附剂投加量对吸附红青莲染料有较大影响，其影响脱色率的主次关系为：吸附剂投加量>pH值>反应时间。HTLCs的最优吸附条件为A2B2C3，即pH值为5，反应时间为40 min，吸附剂投加量为3.5 g/L。此时HTLCs对红青莲染料废水的吸附效果最佳，脱色率达到92.73%。

2.2.2.2 HTLCs-500正交实验结果分析

HTLCs-500正交实验结果分析见表2。

表2 正交实验结果及极差分析

由表2可知，pH值、反应时间、吸附剂投加量这三个因素对吸附红青莲染料废水效果有较大影响。其影响脱色率程度为吸附剂投加量>pH值>反应时间。HTLCs的最优吸附条件为A2B2C3。即pH值为6，反应时间为40 min，吸附剂投加量为3 g/L。此时吸附效果最佳，红青莲染料废水脱色率为97.52%。

3 结论

①HTLCs吸附红青莲染料废水的最佳条件为：pH值为5，反应时间为40 min，吸附剂投加量为3.5 g/L。此时红青莲染料废水的脱色率高达92.23%。②HTLCs-500吸附红青莲染料废水的最佳条件为：pH值为6，反应时间为40 min，吸附剂投加3 g/L。此时吸附效果最佳，红青莲染料废水的脱色率高达97.52%。③HTLCs-500比HTLCs具有更高的吸附效率，对红青莲染料的脱色率更高。

[1]刘友勋.染料的环境污染及其处理方法[J].中南论坛：综合版，2006(2)：98-100.

[2]庆承松，陈天虎，王志光，等.即时合成层状双氢氧化物处理酸性大红GR染料实验研究[J].矿物学报，2006,26(1)：8-14.

[3]张国徽. 印染废水的来源和特征分析[C].中国环境科学学会学术年会优秀论文集,2006:2206-2210.

[4]彭书传，杨远盛，陈天虎，等.即时合成层状双氢氧化物法去除阴离子染料刚果红[J].环境科学研究，2005,18(6)：72 - 74.

[5]V Davila′E，Lima S.Bulbulianetal.Mixed Mg(Al)O oxides synthesized by the combustion method and their recrystallization to hydrotalcites[J].Microporous and Mesoporous Materials，2008,107:240-246.

[6]K Yan′X M，Xie′J P Li，et al.Preparation characterization and catalytical application of mgCoAl-hydrotalcite-like compounds[J].Journal of Natural Gas Chemistry,2007,16:371-376.

[7]陈天虎，冯有亮，彭书传，等. 层状双氢氧化物即时合成处理含 Cr(Ⅵ)废水[J].环境科学，2004,25(2)：89-93.

[8]朱洪涛，段 宇.即时合成铜镁铝水滑石处理含铜废水[J].工业安全与环保 2013，39(5)：14-16.

[9]朱茂旭,王 征,李艳萍，等.水滑石及其焙烧产物对阴离子染料酸性蓝-80的吸附[J].环境化学,2007,26(3):371-375.

StudyonRedVioletDyeWastewaterTreatmentbyHTLCsWhichPreparedbyInstantSynthesisMethod

FULi

(Koiluan General Hospital,General Affair Section,Tangshan 063000,China)

The adsorption properties of HTLCs and HTLCs -500 which calcined under 500 ℃ to direct red violet dye waste water are studied.The influence of adsorbent dosing quantity,reaction time,initial pH value,reaction temperature on the adsorption direct red violet dye wastewater are researched.Through the orthogonal experiments,the best adsorption condition of HTLCs and HTLCs -500 to direct red violet dye wastewater are determined.The results showed that the best adsorption condition,HTLCs and HTLCs -500 to 80 mg/L direct red violet dye wastewater has the better adsorption performance,decoloring rate is 92.73% and 97.52%,respectively in a relatively wide pH value range the decoloring performance is stable,and HTLCs -500 of the dye adsorption effect is better than that of HTLCs.

instant synthesis；HTLCs；HTLCs -500；dye

2014-08-19

付 荔(1985-)，女，学士，从事环保与废水处理工作，电话：15931532833。

TQ610.9

A

1003-3467(2014)11-0029-04