改性硅藻土对金橙Ⅱ的吸附研究

李镇镇

(太原工业学院环境与安全工程系，山西 太原 030008)

改性硅藻土对金橙Ⅱ的吸附研究

李镇镇

(太原工业学院环境与安全工程系，山西 太原 030008)

选择硅藻土作为吸附剂对染料废水金橙Ⅱ进行吸附实验，并使用壳聚糖对硅藻土进行改性，改变影响因素来探讨最佳吸附条件，并进行动力学和热力学研究。结果表明，最佳吸附条件为：壳聚糖与硅藻土质量比为1∶10、pH值为5、吸附时间为120 min、改性硅藻土用量为5 g、温度为50 ℃，在此条件下的吸附率可达88.98%。改性硅藻土对金橙Ⅱ的吸附符合Langmuir吸附等温线方程和伪二阶模型。

硅藻土；壳聚糖；金橙Ⅱ；吸附

引 言

目前，我国染料年产量大且难降解、不容易处理[1-2]，在应用过程中伴随各种化学方应，使染料废水浓度在增大的同时，产生难降解的重金属汞、吡啶、芳香类物质等[3]，因此，人们对它的重视程度越来越高。印染和纺织行业排放的废水是染料废水的主要来源。面对染料废水所引发的一系列问题，多种去除染料的办法已被应用，包括物理法、化学法和生物法[4]。其中，处理效果最好的是活性炭吸附，但它不可再生、成本高[5]。因此，研究者选取了可再生、清洁无污染、价格低的矿物材料来取代。其中，硅藻土表面积较大、呈松散状态、分布有许多细小的空隙，具有较强的吸附能力，在处理染料废水方面有非常大的应用价值[6-8]。但天然硅藻土的吸附性能较差，因此，需要通过改性来进一步提高它的染料吸附性能。壳聚糖具有可生物降解性、无毒性，对金属离子、染料分子和有机物具有良好的吸附作用[9-10]。本文以染料废水金橙Ⅱ为目标污染物，选择壳聚糖改性的硅藻土作为吸附剂进行吸附实验，改变影响因素来探讨最佳吸附条件，并进行动力学和热力学研究。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

试剂：硅藻土、金橙Ⅱ，天津市光复化工研究所；壳聚糖，国药集团化学试剂有限公司；醋酸，国药集团化学试剂有限公司；水为超纯水。

仪器：T722型可见分光光度计，上海精密科学仪器公司；CP224C电子天平，奥豪斯(上海)仪器有限公司；SHA-CS往复恒温振荡器，江苏金坛仪器有限公司；TDL-40B台式离心机，上海安亭科学仪器厂；80目土壤筛，杭州富强化工有限公司。

1.2 实验方法

将硅藻土与壳聚糖溶液放入烧杯中，用玻璃棒不断搅拌，混匀，于烘箱中100 ℃烘干。烘干后的硅藻土于研钵中研磨，过80目(178 μm)筛。取一定量的金橙Ⅱ溶液于锥形瓶中，加入一定量的改性硅藻土，根据不同吸附要求改变吸附条件，进行吸附实验。一定时间后，离心，取上清液测其吸光度，按式(1)计算吸附率。

(1)

式中：C0为金橙Ⅱ初始质量浓度，mg/L；C为吸附后金橙Ⅱ质量浓度，mg/L。

2 结果与讨论

2.1 确定壳聚糖的最优用量

取5份70 mL金橙Ⅱ溶液于锥形瓶中，分别加入1 g壳聚糖和用量不同的改性硅藻土，结果见图1。当壳聚糖与硅藻土的质量比为1∶10时，吸附效果最好，吸附率可达到70%以上。这是由于，壳聚糖具有一定的比表面积，两者结合增大了硅藻土吸附的比表面积，从而使其吸附率增加。但是，由于硅藻土表面疏松多孔，过多的壳聚糖包裹在硅藻土表面，会使硅藻土的空隙堵塞。因此，壳聚糖用量继续增加，导致吸附率降低。

图1 不同比例壳聚糖与硅藻土对金橙Ⅱ吸附率的影响

2.2 改性硅藻土吸附金橙Ⅱ的影响因素

2.2.1 改性硅藻土用量的影响

通过改变硅藻土用量，探究改性硅藻土用量对改性硅藻土吸附金橙Ⅱ的影响，结果见图2。随着改性硅藻土用量的增加，吸附点位增加，能够吸附更多的金橙Ⅱ，使得吸附率增加。当改性硅藻土用量继续增加时，吸附率降低。这是由于，改性硅藻土量多，互相凝聚在一起，结成小块在其表面，从而使其吸附效果降低[11]。因此，改性硅藻土的最佳用量为5 g。

图2 改性硅藻土用量对吸附的影响

2.2.2 金橙Ⅱ溶液初始pH值的影响

图3 金橙Ⅱ溶液初始pH值对吸附的影响

2.2.3 反应温度的影响

图4 温度对吸附的影响

2.3 改性硅藻土吸附金橙Ⅱ的吸附性能研究

2.3.1 动力学研究

吸附速度有快有慢，通常对操作和选型起着决定性作用。快的吸附速度，可以提高吸附效率，节约运营成本，节省时间。将上述所得的实验结果用伪一阶和伪二阶动力学方程进行拟合分析，结果见第16页表1。

表1 改性硅藻土吸附金橙Ⅱ的拟合结果

由表1可知，伪二阶动力学方程拟合的相关系数R2=0.9998、k2=0.746。当壳聚糖改性硅藻土吸附金橙Ⅱ时，在其他影响因素一定的情况下，可能只受染料浓度的大小或壳聚糖改性硅藻土上活性位点多少的影响。因此，伪二阶比伪一阶能更好地说明改性硅藻土对金橙Ⅱ的吸附机制。

2.3.2 热力学研究

本文选用Freundlich和Langmuir 2种吸附模型进行热力学研究，拟合结果见表2。

表2 改性硅藻土吸附金橙Ⅱ等温吸附线的拟合结果

由表2可知，Langmuir吸附等温线方程拟合的回归系数R2=0.9909，大于Freundlich吸附等温线方程拟合的回归系数，因此，Langmuir吸附等温模型更适合描述改性硅藻土对金橙Ⅱ的吸附效果。说明壳聚糖改性硅藻土吸附金橙Ⅱ是单分子层吸附。

3 结论

1) 壳聚糖改性硅藻土吸附金橙Ⅱ染料溶液时，壳聚糖与硅藻土的最佳质量比为1∶10。

2) 当金橙Ⅱ染料溶液的质量浓度为50 mg/L、温度为50 ℃、pH=5、改性硅藻土的投加量是5 g时，改性硅藻土的吸附效果最佳，吸附率达到88.98%。

3) 壳聚糖改性硅藻土对金橙Ⅱ的吸附符合Langmuir吸附等温线方程和伪二阶模型。

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Study on adsorption of golden orange Ⅱ onto modified diatomite

LI Zhenzhen

(Environmental and Safety Engineering, Taiyuan Institute of Technology, Taiyuan Shanxi 030008, China)

The diatomite, which modified by chitosan, is chosen as absorbent for dyes wastewater golden orange Ⅱ. The optimum adsorption conditions by changing the influencing factors, kinetics and thermodynamics are studied. The results show that the optimum adsorption conditions are listed as followed. The proportion of chitosan and diatomite was 1∶10, pH=5, adsorption time was 120 minutes, quantity of modified diatomite was 5 g, and temperature was 50 ℃. The best removal rate was 88.98%. The adsorption of golden orange Ⅱ by diatomite modified is conformed to the Langmuir adsorption isotherm equation and pseudo second order model.

diatomite; chitosan; golden orange Ⅱ; adsorption

2017-02-21

李镇镇，男，1987年出生，2014年毕业于湖南大学，硕士研究生，助教。研究方向：固废资源化、环境污染与控制。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.02.05

X703

A

1004-7050(2017)02-0014-03

科研与开发