硫酸改性粉煤灰对孔雀石绿模拟印染废水的吸附研究

张保柱，康旭珍，张爱华

（晋中学院化学化工学院，山西晋中030600）

（编辑 杨乐中）

纺织工业被认为是最具污染的工业之一.由于在印染过程中要使用大量的水［1］63-65，其排出的污水中含有染料、有毒金属离子、悬浮颗粒、微生物病原体和寄生虫、生物可降解物、易挥发和难挥发的有机化合物等物质［2~3］.这些污水若不经处理直接排放会严重威胁江河、湖泊中生物体的生存［4~5］.

载有上述有害物的废水也会污染地下水资源从而对环境造成危害［6］.主要原因是染料使光渗透性减少从而对光合作用引起负面效应［7］.光的渗透性减少，光合作用产生的氧的数量就会减少，从而导致一些生物灭绝和水的再利用受到限制.另外来自染料的重金属离子可通过食物链进入人体中，若积累超过允许范围就会导致某些疾病［8］，所以去除废水中的染料和重金属离子就显得非常重要.

去除废水中的染料和重金属离子常见的方法有：吸附、凝结、絮凝、沉积、反渗透、生物过程、电离、微放射、光催化等.但若处理大量水时用上述方法，大多数费用较高.而吸附方法由于其费用低、易操作、高效、设备简单，因而被大为推广，更重要的是吸附剂可以选择大量天然的、合成的或废物等材料，如粉煤灰［9］.

粉煤灰是众所周知的废料，作为原材料被使用在许多工业中，如水泥工业.但是大量的粉煤灰对环境也造成一定危害.由于粉煤灰中含有SiO2和硅酸铝等比表面积较大的物质，因此可以把粉煤灰作为吸附剂再利用去除废水中的污染物,达到以废治废的目的［10］.

为了提高粉煤灰的吸附能力，本文对粉煤灰进行硫酸改性制得改性粉煤灰，并用其对孔雀石绿（malachite green简称MG）模拟印染废水进行吸附研究，结果表明在15℃条件下，加入1.1 g的粉煤灰，调节pH值为7.20，搅拌50 min,吸附最佳且脱色率也明显提高.

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

仪器：723型可见分光光度计（上海精密科学仪器有限公司）；ZD-BZ震荡实验装置（南京桑力电子设备厂）；烘箱（巩义市英峪予华仪器厂）；SYC-15B超级恒温水浴（南京桑力电子设备厂）；PHS-2ST数显酸度计（上海天达仪器有限公司）；801型电动离心机（江苏医疗仪器厂）.

试剂：孔雀石绿（分析纯,天津天泰化学品有限公司）；浓H2SO4（分析纯,太原化肥厂化学试剂厂）；粉煤灰（山西晋中市万晟工程建设有限公司电厂，组成：SiO236.83%，Al2O328.42%，CaO 9.72%，Fe2O38.30%，MgO 1.80%，TiO21.04%，NaO 0.62%，K2O 0.59%）.

1.2 溶液的配置

1.000 g/L的孔雀石绿标准储备液：准确称取0.1000 g孔雀石绿，在烧杯中溶解，配置溶液于100 mL的容量瓶中，从而得1.000 g/L的孔雀石绿标准储备液.

分别配置2 mg/L、6 mg/L、8 mg/L、10 mg/L、12 mg/L的孔雀石绿标准溶液于100 mL的容量瓶中.

1.3 粉煤灰的处理

（1）原粉煤灰的处理：取用水洗过的粉煤灰置于蒸发皿中，然后放入烘箱烘干备用.

（2）改性粉煤灰的制备：称取上述一定量粉煤灰,加入不同浓度的硫酸浸泡24 h，然后用水洗至中性，放入烘箱烘干备用.

1.4 标准曲线

以蒸馏水为参比，用723型分光光度计对10 mg/L的孔雀石绿溶液从波长450～650 nm测定其吸光度，测得最大吸收波长为617 nm.在该波长下，测得2 mg/L、6 mg/L、8 mg/L、10 mg/L、12 mg/L孔雀石绿溶液的吸光度分别为 0.298、0.970、1.388、1.777、2.121.如图 1.线性方程为：y=0.1847x-0.0926.

图1 孔雀石绿的吸光度与浓度的关系

1.5 分析方法

在617 nm处孔雀石绿溶液吸收最大，在低浓度下遵循朗伯－比尔定律，即浓度与吸光度成线性关系.用脱色率表示硫酸改性粉煤灰吸附能力的大小，脱色率（%）＝（C0-C）/C0×100%，其中C0为吸附前溶液的浓度，C为吸附后溶液的浓度.

2 结果与讨论

2.1 硫酸浓度的选择

分别配置 2 mol/L、3 mol/L、4 mol/L、5 mol/L、6 mol/L、7 mol/L的硫酸溶液 100 mL，把六份 10 g粉煤灰分别加入到50 mL的上述硫酸溶液中，浸泡24 h，然后用蒸馏水洗至中性，放入烘箱烘干.然后分别称取上述改性过的粉煤灰0.8 g加到10 moL/L，50 mL的孔雀石绿模拟印染废水，在室温条件下搅拌40 min.由图2可见，随着硫酸浓度的升高，孔雀石绿的脱色率先升高后降低，再升高.由于硫酸浓度过高，对环境造成污染，综合考虑，选择3 mol/L的硫酸溶液改性粉煤灰（当硫酸浓度为3 mol/L时，脱色率达最大值）.

2.2 吸附时间与脱色率的关系

向10 mg/L，50 mL的孔雀石绿模拟废水中加入0.8 g的改性粉煤灰，在室温下搅拌不同的时间.由图3可见，随着搅拌时间的增加，孔雀石绿的脱色率先降低后升高，最后呈下降趋势，50 min时，达最大值，所以改性粉煤灰对孔雀石绿的最佳吸附时间为50 min.

图2 脱色率与不同浓度硫酸的关系

图3 脱色率与搅拌时间的关系

2.3 改性粉煤灰的加入量与脱色率的关系

向10 mg/L，50 mL的孔雀石绿模拟废水中分别加入不同量的改性粉煤灰，在室温下搅拌50 min.由图4可见，随着改性粉煤灰的增加，孔雀石绿的脱色率先升高后降低，接着再升高，最后呈下降趋势.当加入1.1 g时，脱色率达最大值.因为在加入量较小时絮凝沉降为主，在加入量大时以吸附作用为主导［11~12］.所以选择改性粉煤灰的加入量为1.1 g.

2.4 pH值与脱色率的关系

向10 mg/L，50 mL的孔雀石绿模拟废水中加入1.1 g的改性粉煤灰，调节不同的pH值，室温下搅拌50 min.由图5可见，随着pH值的增加，孔雀石绿的脱色率先降低后升高，最后呈下降的趋势.当pH为7.20时，脱色率达最大值，即7.20为最佳pH值.

图4 脱色率与粉煤灰的加入量的关系

图5 脱色率与pH值的关系

2.5 温度与脱色率的关系

向10 mg/L，50 mL的孔雀石绿模拟废水中加入1.1 g的改性粉煤灰，pH值调为7.20，控制不同的温度，搅拌50 min.由图6可见，随着溶液温度的升高，脱色率先下降，后升高，再下降.总观脱色率的变化，在15℃脱色率最大，因此选15℃为最佳吸附温度.

3 结论

粉煤灰中二氧化硅和硅酸铝含量大，可以作为廉价吸附剂用于工业废水的治理.用硫酸改性后改变了其内部结构从而增强了吸附能力.用硫酸改性粉煤灰硫酸的浓度有一个适当值，综合考虑选择浓度为3 mol/L；硫酸改性粉煤灰对孔雀石绿的最佳吸附参数为：温度为15℃，投入量为1.1 g，pH值为7.20，吸附时间为50 min.硫酸改性粉煤灰对孔雀石绿的吸附效果优于原灰，且吸附要求也明显降低.

图6 脱色率与温度的关系

［1］G.Bitton，Wastewater Microbiology［M］.John Wiley&Sons，Inc，USA，1994.

［2］M.Sidat，H.C.Kasan，F.Bux.Laboratory-scale Investigation of biological phosphate removal from municipal wastewater［J］.Water SA，1999，25：459～462.

［3］M.Dogan，Y.Ozdemir，M.Alkan.Adsorption Kineticsand mechanismof cationic methyl violet and methylenebluedyesontosepiolite［J］.J.Dyes Pigments，2007，（75）：701～713.

［4］Y.S.Ho，G.McKay.The Kinetic of sorption of basic dyes from aqueous solution by sphagnum Moss peat［J］.Can.J.Chem.Eng.，1998（76）：822.

［5］G.M.Walker，L.Hansen，J.A.Hanna，S.J.Allen，Kinetics of a reactive dye adsorption onto dolomitic sorbents［J］.Water Res.，37（2003）2081.

［6］M.Arami，N.Y.Limaee，N.M.Mahmoodi，N.S.Tabrizi.Removal of dyes from colored textile wastewater by orange peel adsorbent:equilibriumand kinetic studies［J］.J.Colloid Interface Sci.，2005（288）：371～376.

［7］V.J.P.Poots，G.Mckay，J.J.Healy.Removal Of basic dye from ef?uent using wood as an adsorben［t J］.J.Water Pollut.Control Fed.，1978（50）：926.

［8］S.Babel，T.A.Kurniawan.Cr（VI）removal fromsynthetic wastewater using coconut shell charcoal and commercial activated carbon modi fi ed with oxi-dizingagents and/or chitosan［J］.Chemosphere，2004（54）：951～967.

［9］P.Himanshu Patel，R.T.Vashi.Treatment of textile wastewater by adsorption and coagulation［J］.E-J.Chem.，2010（7）：1468～1476.

［10］M.Visa，A.Duta.Methyl-orange and cadmium simultaneous removal using fly ash and photo-Fenton systems［J］.J.Hazard.Mater.，2013（244）：773～779.

［11］陈有治.粉煤灰的改性及应用研究［J］.武汉理工大学学报，2001，23（11）：19～23.

［12］张文义.粉煤灰吸附法处理污水机理［J］.粉煤灰综合利用，2006（2）：54～56．