紡織工業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了對(duì)染料的需求｡我國(guó)年產(chǎn)染料已達(dá)3.1×105~3.5×105 t, 其中約有10%~15%的染料會(huì)隨廢水排入環(huán)境中〔1〕｡含染料廢水污染物濃度高､色度大､化學(xué)穩(wěn)定性高,且在自然條件下表現(xiàn)出較高的抗氧化降解能力和抗光降解能力, 屬于不易降解､難處理的工業(yè)廢水之一〔2〕｡吸附作為一種最有前景的水處理技術(shù), 一直為國(guó)內(nèi)外眾多研究者所青睞〔3〕｡近年來(lái),在新型吸附劑的開(kāi)發(fā)以及吸附處理工藝和機(jī)理等方面的研究有了很大的進(jìn)展｡活性炭作為一種經(jīng)典的吸附劑, 由于其價(jià)格因素及再生的問(wèn)題,實(shí)際應(yīng)用范圍正在變小〔4〕;用于污染處理的吸附樹(shù)脂,具有合成可以控制且容易再生的特點(diǎn),但生產(chǎn)投資較大,成本較高｡

　　腐殖酸是動(dòng)植物殘?bào)w經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期腐殖化作用而形成的生物大分子有機(jī)弱酸混合物, 由于是一種親水性膠體,其具有疏松的“海綿狀”結(jié)構(gòu),表面積和表面能巨大,具有很好的吸附性能;同時(shí)其原料(泥炭､褐煤等)來(lái)源廣泛,處理成本低廉,不會(huì)產(chǎn)生二次污染(殘?jiān)�可直接燃�?｡目前,有關(guān)腐殖酸用于吸附廢水中金屬離子的文獻(xiàn)報(bào)道較多, 但對(duì)將腐殖酸作為吸附劑處理含染料廢水的研究鮮有報(bào)道｡筆者以活性艷紅X-3B 為代表, 探討了絮狀腐殖酸對(duì)含染料廢水的吸附去除作用, 以期為含染料廢水的治理提供技術(shù)支持｡

　　1 材料與方法

　　1.1 試劑與主要儀器

　　1.1.1 試劑

　　實(shí)驗(yàn)用氫氧化鈉､鹽酸等均為分析純;活性艷紅X-3B 為市售,產(chǎn)自天津染料廠,其化學(xué)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1｡

　　1.1.2 主要儀器

　　實(shí)驗(yàn)所用主要儀器包括TU-1810PC 紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)､BS -S 搖床､pHS -29A 數(shù)顯pH 計(jì)､AL204 型電子天平､DHG29245A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱和80-2 電動(dòng)離心機(jī)｡

　　1.2 腐殖酸的提取

　　提取腐殖酸所用泥炭采自于遼寧彰武縣,經(jīng)室溫風(fēng)干后, 剔去碎石､植物根､葉等雜物, 磨碎過(guò)1 mm 篩｡腐殖酸的提取采用低濃度氫氧化鈉法〔5〕｡稱(chēng)取經(jīng)處理的泥炭樣品100 g 放入通有氮?dú)獾募?xì)口瓶中,加入0.05 mol/L 鹽酸[V(泥炭)∶V(鹽酸)=1∶10],充分?jǐn)嚢韬?浸提16 h,吸取上層清液,水洗2次｡加入0.1 mol/L NaOH[V(泥炭)∶V(NaOH )=1∶10],間歇攪拌,浸提16 h,而后加入結(jié)晶硫酸鈉,攪拌至硫酸鈉完全溶解,靜置過(guò)夜,小心吸取上層清液｡重復(fù)上述0.1 mol/L NaOH 溶液提取過(guò)程,至堿提取液顏色很淡為止｡將堿提取液離心分離,上清液加鹽酸調(diào)至pH 為1.0~1.5 ,使其產(chǎn)生褐色絮狀沉淀｡靜置24 h,經(jīng)離心分離(3 000 r/min,15 min) 得凝膠狀腐殖酸｡將離心所得腐殖酸凝膠加入HCl-HF 溶液(0.5 mL HCl+0.5 mL HF+99 mL 水), 振蕩24 h,換液3 次,冷凍干燥后得純化腐殖酸｡

　　1.3 絮狀腐殖酸對(duì)廢水中活性艷紅的吸附實(shí)驗(yàn)

　　1.3.1 吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)

　　準(zhǔn)確稱(chēng)取1 g 干燥的活性艷紅X-3B 于1 L 容量瓶中,加蒸餾水至刻度,即得質(zhì)量濃度為1 g/L 的儲(chǔ)備液｡而后,稀釋到實(shí)驗(yàn)所需的濃度｡

　　準(zhǔn)確稱(chēng)取30 mg 腐殖酸于100 mL 錐形瓶中,加入15 mL 0.05 mol/L 的NaOH 溶液并于25 ℃下振蕩2 h,使顆粒狀腐殖酸完全溶解｡然后加入10 mL 0.1mol/L 的HCl 溶液使溶解的腐殖酸絮凝, 即得絮狀腐殖酸｡

　　準(zhǔn)確量取25 mL 質(zhì)量濃度為120 mg/L 的活性艷紅溶液加入到盛有絮狀腐殖酸溶液的錐形瓶中(pH=2),使吸附的初始質(zhì)量濃度為60 mg/L｡將錐形瓶置于搖床中, 于25 ℃下振蕩, 并分別于15､30､60､120､180､240､300､420､600､780､1 440 min 時(shí)取出｡溶液經(jīng)離心后過(guò)膜(0.45 μm),于525 nm 波長(zhǎng)下測(cè)定上清液吸光度,確定溶液中的染料濃度｡絮狀腐殖酸對(duì)活性艷紅的吸附量由下式計(jì)算:

　　式中: q———腐殖酸的吸附量,mg/g;V———溶液體積,mL;C0和Ci———分別是溶液的初始質(zhì)量濃度和吸附后溶液質(zhì)量濃度,mg/L;m———腐殖酸的質(zhì)量,g｡

　　1.3.2 吸附等溫線的測(cè)定實(shí)驗(yàn)

　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程同1.3.1,吸附的初始質(zhì)量濃度分別為10､50､100､250､450､650､800､1 000 mg/L,將溶液在25 ℃下振蕩12 h 至平衡,測(cè)定不同初始濃度下吸附后溶液的吸光度｡

　　1.3.3 溶液初始pH 對(duì)吸附作用的影響實(shí)驗(yàn)吸附初始質(zhì)量濃度為60 mg/L,溶液的pH 通過(guò)加入鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié), 設(shè)定初始pH 分別為0.5､1､2､3､4､5,將溶液在25 ℃下振蕩12 h 至平衡,測(cè)定不同pH 條件下吸附后溶液的吸光度｡

　　1.3.4 腐殖酸投加量對(duì)吸附作用的影響實(shí)驗(yàn)

　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程同1.3.1, 分別稱(chēng)取20､60､80､100､150､200､250､300､350 mg 腐殖酸于100 mL 錐形瓶中,制備絮狀腐殖酸,再準(zhǔn)確量取25 mL 質(zhì)量濃度為120 mg/L 的活性艷紅溶液加入到上述含絮狀腐殖酸溶液的錐形瓶中,使吸附的初始質(zhì)量濃度為60mg/L｡將錐形瓶置于搖床中, 于25 ℃ 下振蕩12 h 至平衡,測(cè)定不同腐殖酸投加量下吸附后溶液的吸光度｡

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 吸附動(dòng)力學(xué)

　　吸附動(dòng)力學(xué)涉及到吸附機(jī)理, 對(duì)研究吸附過(guò)程至關(guān)重要, 而吸附動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ)則是吸附時(shí)間對(duì)吸附量的影響及平衡時(shí)間的確定｡吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2｡

　　從圖2 可以看出, 在吸附的初期, 吸附速度很快, 而后, 吸附速度逐漸趨于平穩(wěn), 至吸附時(shí)間為300 min 時(shí),吸附量不再隨時(shí)間發(fā)生變化,即吸附達(dá)到平衡｡這是由于吸附初期,絮狀腐殖酸表面的吸附點(diǎn)位多, 只存在染料分子與腐殖酸的相互作用而不用考慮染料分子之間的相互作用與干擾〔6〕｡隨著吸附的進(jìn)行,空白吸附點(diǎn)位越來(lái)越少,競(jìng)爭(zhēng)吸附加劇,先吸附于腐殖酸表面的染料分子對(duì)后續(xù)吸附的染料分子產(chǎn)生排斥作用〔7〕｡一般而言,物理吸附的平衡速率較快,平衡時(shí)間較短,而對(duì)于那些有化學(xué)鍵作用的化學(xué)吸附,則需要較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到吸附平衡｡考慮到絮狀腐殖酸吸附活性艷紅X-3B 的平衡時(shí)間,其吸附應(yīng)該是化學(xué)吸附｡

　　吸附動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)通常用Lagergren 準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合｡準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程為〔8〕:

　　式中:qe , qt———分別表示吸附平衡時(shí)和時(shí)間t 時(shí)的吸附量,mg/g;

　　k1———準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程系數(shù),min-1;

　　t———吸附時(shí)間,min｡

　　準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程為:

　　式中:qe ,qt———分別表示吸附平衡時(shí)和時(shí)間t 時(shí)的吸附量,mg/g;

　　k2———準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程系數(shù),g/(mg·min);

　　t———吸附時(shí)間,min｡

　　依據(jù)圖2 數(shù)據(jù)作log (qe-qt)-t 以及t/qt-t 關(guān)系圖, 并經(jīng)線性擬合后分別得到k1=0.012 7 min-1､R12=0.944 7 和k2=0.001 72 g/(mg·min)､R22=0.997｡說(shuō)明絮狀腐殖酸對(duì)水溶液中活性艷紅X-3B 的吸附較好地符合準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程｡但由準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算得到的qe=19.47 mg/g, 與實(shí)驗(yàn)值(34.50 mg/g)相差較大,而經(jīng)準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算得到的qe=34.84 mg/g,與實(shí)驗(yàn)值接近｡所以,無(wú)論是從線性相關(guān)系數(shù),還是平衡吸附量的計(jì)算,均證實(shí)絮狀腐殖酸對(duì)水溶液中活性艷紅X-3B 的吸附更符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程, 證實(shí)絮狀腐殖酸對(duì)水溶液中活性艷紅X-3B 的吸附為化學(xué)吸附｡

　　2.2 吸附等溫線等溫吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示｡

　　用Freundlich 和Langmuir 吸附等溫方程對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,擬合后的相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1｡

　　由表1 可知, 絮狀腐殖酸對(duì)水溶液中活性艷紅X -3B 的吸附等溫式能較好地用Freundlich 和Langmuir 方程描述,但相對(duì)而言,更符合Langmuir方程｡不同的等溫吸附模式所表達(dá)的意義不同,Langmuir 方程反映的為單分子層吸附, 且多為化學(xué)吸附｡由此表明絮狀腐殖酸對(duì)活性艷紅X-3B 的吸附以化學(xué)吸附為主, 即腐殖酸與染料分子之間存在靜電吸引或化學(xué)鍵合作用｡由表1 可以看到,最大吸附量為526.32 mg/g｡

　　2.3 pH 的影響溶液pH 對(duì)吸附效果的影響見(jiàn)圖4｡

　　從圖4 可以看出, 絮狀腐殖酸對(duì)水溶液中活性艷紅X-3B 的吸附明顯受到溶液pH 的影響｡隨著pH 的增加,水溶液中活性艷紅X-3B 的去除率明顯降低｡這是因?yàn)榛钚云G紅X-3B 為極性分子,在水溶液中會(huì)電離形成D-SO3-(D 表示染料),而腐殖酸結(jié)構(gòu)中的羧基､酚羥基等會(huì)在較強(qiáng)的酸性條件下發(fā)生質(zhì)子化,形成HA-COOH2+和HA-OH2+等(HA 表示腐殖酸)｡這些離子會(huì)產(chǎn)生相互作用而導(dǎo)致腐殖酸與染料分子之間的吸附｡吸附效果受溶液pH 的影響如此明顯,也證實(shí)該過(guò)程以化學(xué)吸附為主｡

　　2.4 腐殖酸投加量的影響

　　絮狀腐殖酸投加量對(duì)水中活性艷紅去除率的影響如圖5 所示｡

　　從圖5 可以看出,隨腐殖酸投加量的增加,水溶液中活性艷紅X-3B 的去除率明顯升高｡但從曲線的斜率由大到小的變化趨勢(shì)可以看出, 去除率的增加值卻隨絮狀腐殖酸投加量的增加而減小｡具體參見(jiàn)http://wlmqsb.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　3 結(jié)論

　　通過(guò)以上討論,可以得出如下結(jié)論:

　　(1)絮狀腐殖酸作為一種新型廉價(jià)吸附劑,可以用于含染料廢水的處理｡

　　(2)絮狀腐殖酸對(duì)廢水中活性艷紅X-3B 的吸附速率符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程, 說(shuō)明其吸附以化學(xué)吸附為主｡

　　(3)吸附等溫式可以用Langmuir 方程描述,再次證實(shí)該吸附為化學(xué)吸附｡最大單分子層吸附量為526.32 mg/g｡

　　(4)溶液pH 對(duì)吸附作用具有明顯的影響,pH越小,吸附能力越強(qiáng),廢水中活性艷紅X-3B 的去除率越高｡

　　(5)絮狀腐殖酸的投加量越高,廢水中活性艷紅X-3B 的去除率越高｡但去除率的增加值卻隨絮狀腐殖酸投加量的增加而減小｡