聚吡咯/凹凸棒对罗丹明B染料废水脱色性能研究

尚秀丽，周萃文，本连芳，呼小洲

(兰州石化职业技术学院 石油化学工程系，甘肃 兰州 730060)

聚吡咯/凹凸棒对罗丹明B染料废水脱色性能研究

尚秀丽，周萃文，本连芳，呼小洲*

(兰州石化职业技术学院 石油化学工程系，甘肃 兰州 730060)

以三氯化铁(FeCl3)为氧化剂, 十二烷基磺酸钠为掺杂剂，采用原位聚合法制备聚吡咯(PPy)/凹凸棒(ATP)纳米复合材料。以罗丹明B(RhB)水溶液为模拟染料废水，研究了该复合材料的吸附性能。结果表明：该吸附剂具有很高的吸附速率，当pH值=6、吸附剂用量为5g/L、吸附时间t=10min时染料的脱色率达到94.7%。

聚吡咯；凹凸棒；染料废水；吸附

罗丹明B是一种碱性染料，曾被大量用作食品添加剂，后因证明其致癌性，被禁止用于食品行业。但罗丹明B仍被广泛应用于造纸、纺织印染、皮革制造等行业[1]。这些行业产生的染料废水，如若没有妥善处理，可对人和牲畜的机体造成严重危害[2]。因而，寻求一种高效、经济的罗丹明B染料废水处理方法显得十分重要。

处理印染废水方法很多,各种方法处理效果有所不同。吸附法以其操作简单、实用、二次污染小等特点备受人们的关注[3-4]。工业上常用的吸附剂有活性炭、硅藻土、凹凸棒、壳聚糖等, 但这些吸附剂普遍存在吸附效果欠佳, 吸附时间过长的缺陷[5]。聚吡咯是一种杂环共轭型的导电高分子材料，具有很高的表面能，因其所含的大量亚氨基，对一些离子具有良好的络合作用[6]。本实验通过化学原位聚合法合成具有大比表面积、高吸附性能的纳米复合材料-聚吡咯/凹凸棒，并以罗丹明B为目标污染物，探讨了吸附工艺参数如吸附剂的用量、pH值、吸附时间和搅拌速率对高浓度罗丹明B废水脱色率的影响。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

试剂：吡咯，分析纯，使用前在氮气保护下减压蒸馏并存储在4℃的冰箱中；凹凸棒，江苏盱眙，使用前在120℃的烘箱中烘干并研磨；其他试剂均为分析纯，使用前不需做任何处理；实验中所有溶液均用去离子水配制。

仪器：紫外分光光度计(UV-1801)，恒温水浴振荡仪(SHA-BA)，酸度计(PHS-3C)

1.2 聚吡咯/凹凸棒纳米复合材料的制备

将凹凸棒、吡咯、十二烷基磺酸钠按一定比例加入500mL的碘量瓶中，在磁力搅拌下逐滴加入一定浓度的FeCl3溶液，冰浴中反应6h后,抽滤，并用去离子水洗涤直至滤液无色，将滤饼于60 ℃烘箱中干燥，研磨得到黑色PPy/ATP纳米复合材料。

1.3 吸附实验

取一定浓度的RhB染料废水200mL，用HCl和NaOH溶液调节pH值，加入一定质量的PPy/ATP纳米复合材料，磁力搅拌40min后取上清液,在特征吸收波长(554nm)下测定溶液的吸光度值，详细的工艺流程如图1所示。根据吸光度值计算溶液的脱色率，公式如下：

脱色率=(1-At/A0) ×100%

式中，A0为初始吸光度，At为在反应t时间的吸光度。

图1 罗丹明B染料废水处理工艺流程

2 结果与讨论

2.1 吸附剂用量对脱色率的影响

在RhB的初始浓度为400mg/L、吸附温度为25℃、吸附时间为20min的条件下，考察了PPy/ATP纳米复合材料投加量对RhB吸附效果的影响,如图2所示。由图可见，随着PPy/ATP用量的增加，吸附位点的数量增加，因此RhB染料的脱色率不断增大，当PPy/ATP的用量达到5g/L时，吸附达到饱和，染料的脱色率为95.6%。吸附剂用量大于5g/L，染料的脱色率并无明显增长。

图2 吸附剂用量对脱色率的影响

2.2 pH值对脱色率的影响

在RhB的初始浓度为400mg/L、吸附温度为25℃、吸附时间为20min、吸附剂用量为5g/L的条件下，考察了pH值对RhB吸附效果的影响,如图3所示。从图3可以看出，随着pH值的增大，PPy/ATP纳米复合材料对RhB的吸附能力逐渐增大，在pH值 = 6 时达到最佳，之后迅速下降。

这主要是因为在碱性溶液中大量存在的OH-和罗丹明B染料分子在复合材料表面存在竞争吸附, OH-进入聚吡咯的基体后不容易释放, 从而使PPy/ATP复合材料的吸附率下降。

图3 pH值对染料脱色率的影响

2.3 吸附时间对脱色率的影响

图4 吸附时间对脱色率的影响

在染料废水RhB的浓度为400mg/L，pH值=6, 吸附温度为25℃, 吸附剂用量为5g/L的条件下，考察吸附时间对染料脱色率的影响，如图4所示。从图可以看出，复合吸附剂在1min内对染料的脱色率就已达到50%，5min时脱色率达到84.6%，10min后达到吸附平衡，脱色率的变化很小，已经接近94.7%。说明PPy/ATP纳米复合材料具有良好的吸附效果。

2.4 搅拌速率对脱色率的影响

图5 搅拌速率对RhB脱色率的影响

在RhB的初始浓度为400mg/L、吸附温度为25℃、PPy/ATP投加量为5g/L、吸附时间为10min的条件下，考察了不同搅拌速率对RhB脱色率的影响，如图5所示。从图可以看出，当搅拌速率低于200r/min时，随着搅拌速率的增加，罗丹明B的脱色率逐渐增大，最大脱色率可以达到94.3%。当搅拌速率高于200r/min时，增加搅拌速度，脱色率不但没有上升反而呈下降趋势，造成这种现象的主要原因是搅拌速度过大时，原本已经吸附在吸附剂表面的染料发生脱附，又重新回到废水中，最终导致脱色率不升反降[7]。因此，本实验选择 200 r/min 为最佳搅拌速度。

3 结论

(1)以三氯化铁为氧化剂, 通过原位聚合法在凹凸棒的表面形成了聚吡咯/凹凸棒纳米复合材料。该复合材料既有凹凸棒石的纤维结构，又有掺杂态聚吡咯的表面特性。

(2)聚吡咯/凹凸棒纳米复合材料对罗丹明B具有优异的吸附性能，最佳吸附工艺为：复合材料用量5g/L,pH值=6.0,搅拌速度为200r/min，搅拌时间10 min，染料废水的脱色率可达94.7%。

[1] 陈 培,刘润龙,朱 丹,等.载钛活性炭纤维的制备及其对水中罗丹明B的光催化降解[J].环境化学，2015,34(1):144-149.

[2] 任南琪,周显娇,郭婉茜,等.染料废水处理技术研究进展[J].化学进展，2013,64(1):84-94.

[3] 姚 超,曾永斌,曹燕媛,等. 聚苯胺/凹凸棒石纳米复合材料对甲基橙的吸附性能[J].硅酸 盐学报, 2010, 38(4):671-677.

[4] 马 霞,冯 莉,王彬果,等.蒙脱土协同新生MnO2对甲基橙模拟废水的脱色研究[J].环境化学, 2008, 27(4): 465-471.

[5] 陈 泳,徐 惠,王时雨.聚吡咯/凹凸棒纳米复合材料对Cr6+的吸附性能[J]. 高分子材料科学与工程, 2013, 29(8): 54-58.

[6] 姚荣胜,左士祥, 王文娟, 等. 聚吡咯/凹凸棒石纳米复合材料对阳离子红吸附性能[J].化工新型材料，2012，40(5):125-128.

[7] 邵 红,冀禹彤,庄新贺.吡啶改性膨润土对直接耐晒翠蓝染料废水脱色性能研究[J].环境工程学报, 2011, 5(11):2464-2468.

StudyonDecoloringCapabilityofPolypyrrole/attapulgitetoRhodamineBSolutionDyeWastewater

ShangXiuli，ZhouCuiwen，BenLianfang，HuXiaozhou*

(Department of Petrochemical Engineering， Lanzhou Petrochemical College of Vocational Technology, Lanzhou 730060, China)

The polypyrrole/attapulgite(PPy/ATP) nanocomposite materials were prepared by in-situ polymerization, using FeCl3and sodium dodecyl sulfonate (SDS) as oxidant and dopant, respectively. In this paper, Rhodamine B simulated dye wastewater was taken as an example to show the adsorption properties of the PPy/ATP composite material. The results indicate that the nanocomposites possesses high adsorption speed, when the amount of adsorbent was 5g/L, pH was 6, the time of adsorption was 10 min, the decolorization rate of Rhodamine B solution dye wastewater reached 94.7%．

polypyrrole; attapulgite; dyes wastewater; adsorption

2017-09-19

甘肃省高等学校科学研究项目(2015B-150)；甘肃省高等学校科学研究项目(2015A-183)

尚秀丽(1970—)，教授， 主要从事纳米复合材料的制备及工业废水处理的工艺研究。

X703

A

1008-021X(2017)22-0155-02

(本文文献格式：尚秀丽，周萃文，本连芳，等.聚吡咯/凹凸棒对罗丹明B染料废水脱色性能研究[J].山东化工，2017，46(22)：155-156.)