粉煤灰对水中酸性品红的吸附研究*

朱振华　张艺　李小敏

(1.伊犁师范学院污染物化学与环境治理重点实验室　新疆伊宁 835000；2.伊犁师范学院化学与环境科学学院　新疆伊宁 835000)



粉煤灰对水中酸性品红的吸附研究*

朱振华1，2张艺1，2李小敏1，2

(1.伊犁师范学院污染物化学与环境治理重点实验室新疆伊宁 835000；2.伊犁师范学院化学与环境科学学院新疆伊宁 835000)

摘要以粉煤灰为吸附剂，研究了粉煤灰对酸性品红的吸附效果。选取了粒径、投加量、温度、时间、转速、染料浓度6个因素进行单因素实验，研究了各个因素对粉煤灰的影响，研究表明，粉煤灰对酸性品红的吸附效果很好，最高去除率可达99.63%；并且从热力学和动力学两方面对粉煤灰吸附酸性品红的过程进行拟合，结果表明，粉煤灰对酸性品红吸附的热力学过程比较符合模型LangmuirEXT1，动力学过程比较符合准一级吸附动力学方程BoxLucas1。

关键词粉煤灰吸附酸性品红

Study on Adsorption of Acid Fuchsin in Water by Fly Ash

ZHU Zhenhua1，2ZHANG Yi1，2LI Xiaomin1，2

(1.KeyLaboratoryofPollutantsofChemicalandEnvironmentalControl,YiliNormalUniversityYining,Xinjiang835000)AbstractIn this paper, the adsorption of fly ash on acid fuchsin is studied by using fly ash as the adsorbent. 6 factors, such as diameter, dosage, temperature, time, speed and dye concentration, are selected to conduct single factor experiment and to study the effects of various factors on fly ash. The research shows that the adsorption of fly ash on acid fuchsin is satisfying and the highest removal rate can be up to 99.63%; from the two aspects of thermodynamics and kinetics, the adsorption of fly ash on acid fuchsin is fitted and the results show that the thermodynamic process of the adsorption conforms to model EXT1 and the dynamic process agrees with the pseudo first order adsorption kinetic equation.Key Wordsfly ashadsorptionacid fuchion

0引言

吸附法是处理印染废水中污染物的重要方法，目前工业生产主要应用活性炭作为吸附剂，但活性炭存在着生产成本高、再生困难等缺点[1]。现在常用的染料废水处理方法主要有生物降解[2-3]、氧化[4]、膜技术[5]和吸附[6]。如今我国煤化工项目的发展必定会产生大量的粉煤灰，如何将粉煤灰综合利用成为了国内外研究的热点。粉煤灰本身具有多孔的结构和较大的比表面积，具有很好的吸附效果。本试验采用粉煤灰对水中酸性品红进行吸附，研究了粉煤灰粒径、粉煤灰投加量、吸附温度、吸附时间、摇床转速、品红溶液浓度对去除率的影响，并从动力学和热力学角度研究了粉煤灰对酸性品红的吸附与吸附模型的拟合情况。

1材料与方法

原料为粉煤灰，来自伊犁师范学院锅炉。主要仪器有GZX-9146MBE数显鼓风干燥箱、JA5103N电子天平、723PC可见分光光度计、QYC-200恒温培养摇床、TG16-WS台式高速离心机。

实验先将洗净后的粉煤灰干燥后备用，通过向酸性品红中加入不同量的粉煤灰，搅拌后震荡30 min，静置15 min后离心，利用分光光度计(波长为540 nm)测定吸附后的溶液吸光度，计算去除率。

2结果与分析

2.1单因素实验

2.1.1粉煤灰粒径对酸性品红吸附效果的影响

固定吸附温度为20 ℃，吸附剂投加量为0.02 g，吸附时间0.2 h，转速150 r/min。研究粉煤灰不同粒径(48，80,120,150,180 μm)对酸性品红吸附效果的影响，见图1。

图1表明，粉煤灰对酸性品红去除率随着粉煤灰粒径的减小而升高，在48 μm达到最高值89.91%；而在120 μm时斜率最大。

图1　粉煤灰不同粒径对酸性品红吸附效果的影响

2.1.2粉煤灰投加量对酸性品红吸附效果的影响

粉煤灰过孔径48 μm的筛，吸附温度为20 ℃，吸附时间0.2 h，转速150 r/min。研究粉煤灰的投加量(0.02，0.04 ，0.06 ，0.08，0.1 g)对酸性品红吸附效果的影响，见图2。

图2　粉煤灰不同投加量对酸性品红吸附效果的影响

由图2可以看出，粉煤灰对酸性品红的去除率随着投加量的增加而增加，在投加量为0.1 g的时候效果最好，达到91.96%。

2.1.3吸附温度对酸性品红吸附效果的影响

固定粉煤灰过孔径48 μm的筛，吸附剂投加量为0.1 g，吸附时间0.2 h，转速150 r/min。研究吸附温度(20，30，40，50，60，70 ℃)对酸性品红吸附效果的影响，见图3。

图3　粉煤灰不同吸附温度对酸性品红吸附效果的影响

由图3可知，粉煤灰对酸性品红的去除率随着吸附温度的增加而增加，在吸附温度为70 ℃时效果最好；在吸附温度为40 ℃时斜率最大。

2.1.4吸附时间对酸性品红吸附效果的影响

固定粉煤灰过孔径48 μm的筛，吸附温度为60 ℃，吸附剂投加量为0.1 g，转速150 r/min。研究不同吸附时间(0.1，0.2，0.3，0.4，0.5 h)对改性粉煤灰吸附效果的影响，见图4。

从图4可以看出，粉煤灰对酸性品红的去除率随着吸附时间的升高而升高，在0.5 h达到最高值；其中在0.2 h时斜率最大。

图4　粉煤灰不同吸附时间对酸性品红吸附效果的影响

2.1.5转速对酸性品红吸附效果的影响

固定粉煤灰过孔径48 μm的筛，吸附温度为20 ℃，吸附剂投加量为0.1 g，吸附时间0.2 h。研究不同转速(60，100，140，180，220 r/min)对粉煤灰吸附效果的影响，见图5。

图5　粉煤灰不同转速对酸性品红吸附效果的影响

从图5可以看出，粉煤灰对酸性品红的去除率随着转速的升高而升高，在220 r/min达到最高值且斜率最大。

2.1.6品红溶液浓度对粉煤灰吸附效果的影响

固定粉煤灰过孔径48 μm的筛，吸附温度为25 ℃，吸附剂投加量为0.1 g，吸附时间0.2 h，转速150 r/min。研究品红溶液不同浓度(1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 mL/g)对改性粉煤灰吸附效果的影响，见图6。

图6　不同染料浓度对吸附效果的影响

从图6可以看出，改性后的粉煤灰对酸性品红去除率随着液料比的升高而升高，在2.0 mL/g达到最高值且斜率最大。

2.2吸附热力学研究

在25 ℃的条件下研究了平衡浓度与吸附容量的关系，绘制了热力学曲线；并采用了LangmuirEXT1和FreundlichEXT两种吸附等温式对实验数据进行拟合，结果见图7、表1。

图7　LangmuirEXT1及FreundlichEXT吸附等温式拟合

参数模型LangmuirEXT1y=[a*b*x(1-c)]/[1+b*x(1-c)]FreundlichEXTy=a*x[b*x(-c)]a0.355270.36097b0.03999-34.67225c-4.857926.00209R0.993230.99124

根据图7可知，在一定温度下，粉煤灰的吸附量随着平衡浓度的升高而升高；根据表1可知，在25 ℃时，粉煤灰的吸附热力学过程比较符合模型FreundlichEXT。

2.3不同温度下的吸附动力学研究

本文选取了20 ℃、25 ℃、35 ℃三个温度，研究了吸附时间与吸附容量的关系，绘制了动力学曲线；并采用了准一级动力学方程BoxLucas1对实验数据进行拟合，结果见图8、表2。

图8　20 ℃、25 ℃、35 ℃时动力学拟合曲线

参数模型BoxLucas1 y=a*[1-e(-b*x)]20℃25℃35℃a0.13570.14060.1418b9.74638.992411.2228R0.94570.9550.9736

根据图8可知，在较低温度范围内，粉煤灰的吸附量随着温度的升高而升高；在35 ℃时最符合准一级吸附动力学方程BoxLucas1。

3结语

本实验选取了粒径、投加量、温度、时间、转速、染料浓度6个因素进行单因素实验，实验结果表明，利用粉煤灰去除水中的酸性品红具有很好的效果，去除率高达99.63%。对吸附过程从热力学和动力学两方面进行了研究，结果表明，在一定温度下，粉煤灰的吸附量随着平衡浓度的升高而升高；在25 ℃时，粉煤灰的吸附热力学过程比较符合模型LangmuirEXT1；在较低温度的范围内，粉煤灰的吸附量随着温度的升高而升高；在35 ℃时最符合准一级吸附动力学方程BoxLucas1。

本实验染料废水经粉煤灰吸附后，采用过滤，离心机分离(4 500 r/min)后，可将水与粉煤灰完全分离，避免二次污染。

参考文献

[1]HAO J H，ZHAO Q S.The development of membrane technology for wastewater treatment in the textile industry in China[J].Desalination，1994，9(8):353-360.

[2]赵亚娟,刘转年,赵西成.粉煤灰吸附剂的研究进展[J].材料导报,2007,21(11):88.

[3]刘明华,刘卫国,张宏,等.张球型纤维吸附剂对Cr3+的吸附和解吸研究[J].化工环保,2001,21(1):1-5.

[4]MANU B，CHAUDHARI S.Anaerobic decolorisation of simulated textile wasterwater containing azodyes[J].Bioresorce Technology,2002,8(2):231-255.

[5]PERACE C I，LLOYD J R，GUTHRIE J T.The removal of colour from texilie wastewater using whole bacterialcell: a review[J].Dyes and Pigments,2003,5(8):179-196.

[6]LI X Z，ZHANG M.Decolorization and biodegradability of dyeing wastewater treated by a TiO2-sensitized photo-oxidation process [J].Water Science and Technology，1996，34(9):48-55.

(收稿日期：2015-03-16)

作者简介朱振华，男，1984年生，甘肃兰州人，硕士，讲师，主要从事环境友好型吸附剂的研究。

*基金项目：国家自然科学基金(21261023)，新疆维吾尔自治区高校科研计划青年教师科研启动基金(XJEDU2013S41)。