阳离子聚丙烯酰胺复配钠基膨润土处理模拟苯酚废水

孙志勇，王智懿，张 娇

（榆林学院 能源工程学院，陕西 榆林 719000）

阳离子聚丙烯酰胺复配钠基膨润土处理模拟苯酚废水

孙志勇，王智懿，张 娇

（榆林学院 能源工程学院，陕西 榆林 719000）

将阳离子聚丙烯酰胺与钠基膨润土进行复配，制备出复合吸附剂，并将其用于模拟苯酚废水的处理。采用XRD和FTIR技术对复配前后的钠基膨润土进行了表征。表征结果显示：阳离子聚丙烯酰胺附着在钠基膨润土的表面，对钠基膨润土的表面具有改性作用，使其由亲水性变为疏水性。实验结果表明：在阳离子聚丙烯酰胺与钠基膨润土的复配比例为200 mg/g、反应时间为40 min、复合吸附剂投加量为6 g/L、废水pH为11的最佳条件下，于25 ℃处理苯酚质量浓度为50 mg/L的模拟苯酚废水，苯酚去除率达89.5%。

阳离子聚丙烯酰胺；膨润土；苯酚；吸附剂

苯酚是化工、农药等行业生产过程中常用的化工原料，是排放废水中常见的有机污染物，由于具有高毒性而对人体健康危害较大。目前处理酚类废水的主要方法有化学法、吸附法、生物法、电解法等［1］。

膨润土是以蒙脱石为主要成分的天然矿物。蒙脱石为2∶1型结构晶体，使膨润土有很大的比表面积，具有一定的吸附性能，常用于废水处理［2-4］。由于天然膨润土具有悬浮性，存在难固液分离的问题［5］，需要对其进行改性或与其他物质复配使用，常用的改性或复配物有四氧化三铁［6］、十六烷基三甲基溴化铵［7-10］、壳聚糖［11-13］、聚二甲基二烯丙基氯化铵［14］、阳离子聚丙烯酰胺［9，15］、乙二胺四乙酸二钠［16］、有机酸［17-18］、六亚甲基双吡啶盐［19］、十八烷基二甲基甜菜碱［20］等。

本工作将阳离子聚丙烯酰胺与膨润土进行复配，制备复合吸附剂，利用阳离子聚丙烯酰胺对膨润土的改性作用及絮凝作用，同时达到膨润土改性

与固液分离的目的，并将复合吸附剂用于模拟苯酚废水的处理。

1 实验部分

1.1 试剂、材料和仪器

苯酚、氢氧化钠、盐酸：分析纯。阳离子聚丙烯酰胺：分析纯，天津市致远化学试剂有限公司。钠基膨润土：产地为河南省郑州市，蒙脱石含量大于80%（w）。

模拟苯酚废水（以下简称废水）：苯酚与去离子水配制，苯酚质量浓度为50 mg/L，pH为6.5。

752N型紫外-可见分光光度计：上海精密科学仪器有限公司；PW1830型X射线衍射仪：荷兰Phillips公司；TENSOR27型红外光谱仪：德国布鲁克光谱仪器公司；PHS-25型pH计：上海精密科学仪器有限公司；79-1A型恒温磁力搅拌器：河北润连机械设备有限公司；FA2004B型电子天平秤：上海精密科学仪器有限公司；101型电热鼓风干燥箱：北京科伟永兴仪器有限公司；C型玻璃仪器气流烘干箱：上海隆拓仪器设备有限公司；80-1型离心机：江苏省金坛市环宇科学仪器厂。

1.2 复合吸附剂的制备

称取一定量的阳离子聚丙烯酰胺加入500 mL去离子水中，于40 ℃恒温磁力搅拌器上搅拌20 min；再加入10 g钠基膨润土，于70 ℃油浴中搅拌20 h；将搅拌均匀的糊状混合物倒入蒸发皿中，置于65 ℃干燥箱中干燥2 d，取出后研磨，过200目筛，即得阳离子聚丙烯酰胺复配钠基膨润土复合吸附剂。

1.3 废水的吸附处理

取100 mL废水，用氢氧化钠溶液和盐酸调节pH，向其中加入一定量的复合吸附剂；开始搅拌，于25 ℃下反应一段时间后取样；以4 000 r/min的转速离心3 min，取上清液待测。

1.4 分析方法

采用紫外-可见分光光度计测定上清液于270 nm波长处的吸光度，通过标准曲线求得苯酚的质量浓度，计算苯酚的去除率。

采用XRD（Cu靶射线λ=0.154 06 nm，管电压40 kV，管电流80 mA，扫描速率8（°）/min，扫描范围2θ=5°～30°）和FTIR技术（KBr压片法，扫描范围400～4 000 cm-1）对复配前后的钠基膨润土进行表征。

2 结果与讨论

2.1 配比对苯酚去除率的影响

由实验观察可知，经复配后，膨润土沉降性较好，有利于固液分离。在苯酚质量浓度为50 mg/L、反应温度为25 ℃、反应时间为60 min、复合吸附剂投加量为2 g/L、未调节废水pH的条件下，阳离子聚丙烯酰胺与钠基膨润土的复配比例（以下简称配比）对苯酚去除率的影响见图1。由图1可见：随配比的增大，苯酚去除率先快速提高后缓慢降低；当配比为200 mg/g时，去除率最高，达62.7%。这是因为：钠基膨润土和阳离子聚丙烯酰胺复配后，阳离子聚丙烯酰胺可产生吸附与架桥作用，有利于吸附和凝聚；但随配比的增大，颗粒表面均被阳离子聚丙烯酰胺分子占据，吸附空位减少，同时会使苯酚分子带正电荷，与吸附剂间斥力增大，不利于苯酚的吸附。因此，选择最佳配比为200 mg/g。

图1 配比对苯酚去除率的影响

2.2 反应时间对苯酚去除率的影响

在苯酚质量浓度为50 mg/L、反应温度为25℃、配比为200 mg/g、复合吸附剂投加量为2 g/L、未调节废水pH的条件下，反应时间对苯酚去除率的影响见图2。由图2可见：随反应时间的延长去除率逐渐提高，且在反应初始阶段去除率提高较快；40 min后，继续延长反应时间，去除率反而略有下降。这是因为：吸附剂与水中苯酚分子开始接触时，吸附剂表面有很多吸附空位，吸附速率较快；随时间的延长，吸附剂表面吸附的苯酚越来越多，吸附空位减少，存在竞争吸附，使得吸附速率减缓，直至逐渐达到吸附平衡；反应时间继续延长，过长时间的搅拌会使已吸附的苯酚分子发生脱附，反而导致去除率下降。因此，选择最佳反应时间为40 min。

图2 反应时间对苯酚去除率的影响

2.3 复合吸附剂投加量对苯酚去除率的影响

在苯酚质量浓度为50 mg/L、反应温度为25℃、配比为200 mg/g、反应时间为60 min、未调节废水pH的条件下，复合型吸附剂投加量对苯酚去除率的影响见图3。由图3可见：随复合吸附剂投加量的增加，苯酚的去除率逐渐提高；当投加量为6 g/L时，去除率达83%以上；继续增加投加量，去除率反而略有下降。这是因为：投加量增加，有更多的吸附剂可吸附苯酚分子，吸附空位增多；当吸附剂达到一定浓度后，继续增加投加量会使苯酚分子带正电荷，与吸附剂间斥力增大，不利于苯酚的吸附。因此，选择最佳复合吸附剂投加量为6 g/L。

图3 复合吸附剂投加量对苯酚去除率的影响

2.4 废水pH对苯酚去除率的影响

在苯酚质量浓度为50 mg/L、反应温度为25℃、配比为200 mg/g、反应时间为40 min、复合吸附剂投加量为6 g/L的条件下，废水pH对苯酚去除率的影响见图4。由图4可见：pH对去除率的影响较大，随pH的升高，去除率先逐渐提高，而后逐渐降低；当pH为11时，去除率最高，达89.5%。这主要是因为：在酸性条件下，苯酚被质子化为正电荷，与膨润土有一定的排斥作用，不利于吸附；而在碱性条件下，苯酚则主要以阴离子C6H5O-的形式存在，在水中的溶解度很高，与吸附剂产生静电引力，有利于吸附；但当pH过高时，体系中的OH-会与苯酚阴离子产生竞争吸附，反而对苯酚的吸附不利。因此，选择最佳废水pH为11。

图4 废水pH对苯酚去除率的影响

2.5 复配前后钠基膨润土的表征结果

复配前后钠基膨润土的FTIR谱图见图5。由图5可见：复配前后钠基膨润土的FTIR谱图基本一致，均出现了典型的膨润土吸收峰，说明膨润土的基本骨架没有明显变化；其中，3 626 cm-1附近的吸收峰归属于Al—O—H键中羟基的伸缩振动，3 445 cm-1附近较宽的吸收峰归属于层间结构水的羟基伸缩振动，1 035 cm-1附近较宽吸收峰归属于膨润土晶格中八面体Si—O—Si键的收缩振动。由图5还可见，与复配前相比，经复配改性后的钠基膨润土的FTIR谱图发生了以下主要变化：1）在2 925 cm-1和2 853 cm-1附近出现了两个新的吸收峰，归属于阳离子聚丙烯酰胺中亚甲基的反对称伸缩振动和对称伸缩振动；2）羰基的伸缩振动峰由复配前的1 637 cm-1处移至复配后的1 653 cm-1处，表明阳离子聚丙烯酰胺中酰胺键的羰基出现［15］，说明改性成功。

图5 复配前后钠基膨润土的FTIR谱图

复配前后钠基膨润土的XRD谱图见图6。由图6可见，复配前后钠基膨润土的首峰位置分别位于7.10°和6.98°处，利用布拉格公式可求得钠基膨润土层间距分别为1.244 1 nm和1.265 5 nm。复配后土

层间距与复配前相比变化较小，说明阳离子聚丙烯酰胺并未插入到钠基膨润土层间将其撑开，而只是附着在钠基膨润土的表面。由图6还可见，除首峰外，复配前后其他峰的峰位基本相同，说明复配改性对钠基膨润土其他部分的结构（如晶胞结构等）未产生影响。

图6 复配前后钠基膨润土的XRD谱图

通过对复配前后钠基膨润土的表征可知，阳离子聚丙烯酰胺附着在钠基膨润土的表面，对钠基膨润土的表面具有改性作用，使其由亲水性变为疏水性，有利于对苯酚的吸附。同时，阳离子聚丙烯酰胺的引入还对钠基膨润土有电中和的作用，也有利于对苯酚的吸附。

3 结论

a）在阳离子聚丙烯酰胺与钠基膨润土的复配比例为200 mg/g、反应时间为40 min、复合吸附剂投加量为6 g/L、废水pH为11的最佳条件下，于25℃处理苯酚质量浓度为50 mg/L的模拟苯酚废水，苯酚去除率达89.5%。

b）表征结果显示：阳离子聚丙烯酰胺附着在钠基膨润土的表面，对钠基膨润土的表面具有改性作用，使其由亲水性变为疏水性，有利于对苯酚的吸附。

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（编辑 魏京华）

Treatment of simulated phenol wastewater by cationic polyacrylamide compounded sodium bentonite

Sun Zhiyong，Wang Zhiyi，Zhang Jiao
（College of Energy Engineering，Yulin University，Yulin Shaanxi 719000，China）

A composite adsorbent was prepared by compounding bentonite with cationic polyacrylamide，and was used for treatment of simulated phenol wastewater.The sodium bentonite before and after compounding was characterized by XRD and FTIR.The characterization results show that cationic polyacrylamide adheres to the surface of sodium bentonite，which can modify the sodium bentonite surface from hydrophilic to hydrophobic.The experimental results show that：Under the optimum conditions of compounding ratio of cationic polyacrylamide to sodium bentonite 200 mg/g，reaction time 40 min，composite adsorbent dosage 6 g/L，wastewater pH 11，reaction temperature 25 ℃ and phenol mass concentration 50 mg/L，the phenol removal rate of the simulated wastewater is 89.5%.

cationic polyacrylamide；bentonite；phenol；adsorbent

X703

A

1006-1878（2016）02-0179-04

10.3969/j.issn.1006-1878.2016.02.011

2015-10-21；

2015-12-18。

孙志勇（1981—），男，湖北省孝感市人，硕士，讲师，电话15929197002，电邮sunzhiyong1@126.com。