微硅粉对亚甲基蓝吸附性能的研究

王斌　吕婉茹

摘 要：文章研究了微硅粉对浓度亚甲基蓝的吸附性能。结果表明，微硅粉对亚甲基蓝的最大吸附量达21.2mg/g，其吸附规律较好的符合langmuir吸附等温式。随着时间的增加和温度升高，吸附率增加。微硅粉对亚甲基蓝的吸收速率符合准二级吸附动力学方程，PH值对微硅粉吸附性能影响较大，碱性越大吸附性能越好。在600℃高温下再生2h后吸附率可达到94%以上。

关键词：微硅粉；亚甲基蓝；吸附

1 概述

硅石在高温熔炼过程中，产生大量挥发性很强的SiO2和Si气体，与空气迅速氧化并冷凝，产生大量微硅粉，微硅粉呈灰白色，按含碳量多少，颜色深浅略有不同，白度40-50。平均粒径为0.15-0.20um，比表面积为20000m2/kg 。微硅粉是一种超微固体物质，火山灰活性90%，其主要成分为二氧化硅，含量一般85-98%，其他由氧化钠、氧化钙、氧化镁、氧化铁、氧化铝和碳等组成[1]。过去微硅粉一直被认为是一种工业废弃物，近年来开始应用在特殊工程中使用的混凝土、耐火材料、水泥等重要领域。然而微硅粉用于染料废水处理方面鲜有报道。文章以有机染料亚甲基蓝为吸附质，四川长矶金属工业公司微硅粉为吸附剂，进行液相等温吸附，为进一步开展微硅粉净化印染废水奠定了基础。

2 实验相关分析

2.1 实验材料与仪器

微硅粉（四川长矶金属工业有限公司）

亚甲基蓝 （成都市科龙化工试剂厂）

722型可见分光光度计 （上海菁华科技仪器有限公司）

ME204E型电子天平（托利多仪器有限公司）

10-12型箱式电阻炉（北京永光明医疗仪器有限公司）

101A-2型数显电热鼓风干燥箱（上海浦东莱丰科学仪器有限公司）

JJ-1型增力电动搅拌器（江苏金坛医疗仪器厂）

PHS-3C型酸度计（上海佑科仪器仪表有限公司）

2.2 实验方法

2.2.1 样品制备

实验所用微硅粉来自四川长矶金属工业有限公司，使用前在100℃干燥箱中烘干2h后冷却至室温。

2.2.2 实验过程

吸附采用静态实验方法。将0.50g微硅粉分别与不同浓度的50.0mL亚甲基蓝溶液在烧杯中搅拌20min，取上层清液过滤测浓度，绘制吸附等温线。取初始浓度为50.0mgL的亚甲基蓝溶液50.0mL并加入0.20g微硅粉开始搅拌，每隔一定时间依次从烧杯中取上层清液过滤分析亚甲基蓝浓度，绘制吸附速率曲线。考察了不同PH值、温度、微硅粉用量对吸附率的影响。将吸附亚甲基蓝达饱和的微硅粉干燥并在高温600℃下煅烧2h，考察微硅粉的再生性能。

2.3 分析方法

采用分光光度法通过测定亚甲基蓝溶液吸光度来确定亚甲基蓝浓度。分别配置不同浓度的亚甲基蓝溶液用分光光度计在665nm处以蒸馏水为空白测定各溶液的吸光度，进行线性回归得标准曲线方程A=0.09156C+0.005537 r=0.99996（n=5）。

2.4 微硅粉平衡吸附量的测定

精确称取0.30g 80℃干燥的微硅粉试样于锥形瓶中，分别加入50.0mL不同浓度的亚甲基蓝溶液（2 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、50 mg/L），在恒温水浴上于20℃振荡反应20min，在达吸附平衡后过滤取上层清液，用分光光度计于665nm处测溶液A，计算亚甲基蓝的平衡浓度，根据公式（1）、（2）计算不同平衡浓度下微硅粉的吸附量。

3 结果与讨论

3.1 微硅粉用量对吸附性能的影响

在20℃下加入不同質量的微硅粉，测定不同质量微硅粉对亚甲基蓝的吸附率，见表2。微硅粉用量对吸附率的影响如图1所示。（亚甲基蓝溶液体积100mL，浓度50.0mg/L）。亚甲基蓝吸附率随着微硅粉用量的增加而提高，当微硅粉用量达到1.00g，水中的亚甲基蓝吸附率可达到95%，此后随着用量增加而吸附率增加，但增加幅度很小，说明吸附已达到饱和，所以从经济角度出发，在实践中应根据溶液浓度确定较优的微硅粉用量。

3.2 吸附等温线

微硅粉在亚甲基蓝不同浓度下吸附性能测定数据见表3。

采用langmuir吸附等温式来描述吸附量q与平衡浓度c的关系，来比较亚甲基蓝溶液不同浓度时微硅粉的吸附容量。累托石对亚甲基蓝的吸附符合langmuir吸附等温式[2]，若微硅粉对亚甲基蓝的吸附也符合langmuir吸附等温式，则q与c应满足c/q=1/bq（max）+c/q（max），式中q（max）为饱和吸附量，b为常数，c为平衡浓度。以c/q对c作图得一直线，见图2，并求得直线方程及对应直线的相关系数：c/q=0.04717c+0.4156 r=0.9997。由上述直线斜率可求出饱和吸附量q（max）=21.20g，由直线截距和q（max）可求出b值为0.1135。

3.3 时间对亚甲基蓝吸附性能的影响及吸附速率曲线

微硅粉对亚甲基蓝吸附速率曲线如图3所示。由此可见，微硅粉对亚甲基蓝吸附速率较快，吸附时间为20min时亚甲基蓝吸附率可达92.97%；随着时间延长，吸附率增长不多，说明吸附已趋于平衡。由此可知，微硅粉可以迅速有效的吸附水溶液中的亚甲基蓝。

由图5可见，微硅粉对亚甲基蓝的吸附率随着温度的升高而增大，这是因为亚甲基蓝微溶于冷水，随着温度的升高溶解度增加，产生了更多的一价季铵盐离子基团MB+，微硅粉由于在晶格中存在可交换性阳离子，因离子交换使微硅粉对亚甲基蓝的吸附率相应提高。由图5还能看出，即使在20℃的条件下，吸附率也可达90%以上，说明常温下微硅粉也能有效吸附水溶液中的亚甲基蓝。

3.5 PH值对吸附率的影响