改性粉煤灰对酸性大红染料模拟废水的脱色研究

温丙奎，刘珊珊，杨鸿凯，马苑红，何 江，张丰如

(嘉应学院 化学与环境学院，广东 梅州 514015)

粉煤灰是火力发电厂燃煤粉锅炉排出的固体废弃物，其比表面积大，呈多孔性蜂窝状组织，因而具有良好的吸附性能，近几年来被广泛应用于废水处理、空气净化等环境治理方面[1-6]。

本研究对广东梅县某火电厂粉煤灰进行改性，改性后作为吸附剂对酸性大红染料模拟废水进行脱色研究，探讨粉煤灰改性类型及其投加量、反应温度、吸附时间、反应pH值、废水浓度、废水中NaCl含量等对模拟废水脱色效果的影响规律及吸附脱色效果，找出最佳吸附处理条件，使粉煤灰达到以废治废的目的。

1 实验部分

1.1 实验仪器

磁力搅拌器(79-1)；可见分光光度计(722S)；pH计(Phs-3C)；电子天平(AL104)；气浴恒温振荡器(ZD-85)等。

1.2 实验药剂

粉煤灰(广东梅县某电厂，过200目筛子)；硫酸(H2SO4)；氢氧化钠(NaOH)；盐酸(HCl)；酸性大红染料等。

1.3 酸性大红溶液的配置和测定

称取酸性大红染料0.14 g，移入1000 mL的容量瓶中，用蒸馏水稀释至标线，摇匀。该模拟废水的浓度为140 mg/L，吸光度A为2.131，溶液pH值5～5.5。

配置一定量的200 mg/L的酸性大红标准液，分别移取0、1、2、4、8、16 mL于比色管中，用蒸馏水稀释至50 mL，则其浓度分别为0、4、8、16、32、64 mg/L，在最大吸收波长500 nm处分别测定各浓度标准液的吸光度。

在纵坐标处绘制吸光度，对应在横坐标处绘制酸性大红浓度，得出标准曲线，如图1所示。

图1 酸性大红标准曲线

标准曲线的线性函数式为：y = 0.0151x + 0.0173，线性相关系数R2= 0.9992。实验过程中根据此标准曲线来计算其吸附后浓度。

1.4 改性粉煤灰的制备

取400 mL浓度为2 mol/L的NaOH与浓度为2 mol/L的HCl作为改性剂溶液，分别投加100 g粉煤灰，在室温条件下用磁力搅拌器以200 r/min的转速搅拌30 min，静置沉淀30 min，抽滤，最后将所得固体洗净后烘干，碾碎，制得酸、碱改性粉煤灰。

2 实验部分

移取一定体积的酸性大红模拟废水于具塞锥形瓶中并调节至一定pH值，再称取一定量的吸附剂加入具塞锥形瓶中，然后将锥形瓶置于恒温振荡箱中进行振荡，在一定温度下，振荡一定时间后取出，静置，经定量滤纸过滤后，用可见分光光度计测定滤液的吸光度并计算不同条件下其脱色率，求出处理后废水浓度。

脱色率的计算公式如下：

上式中A0为初始模拟废水的吸光度，A为处理后模拟废水的吸光度，色度采用稀释倍数法测定。

吸附量的计算公式：

Qe为吸附量(mg/g)，C1为吸附前染料废水的浓度(mg/mL)，C2为吸附平衡染料废水的浓度(mg/L)，V为取用染料废水的体积(mL)，m投加的为吸附剂的质量(g)。

3 结果与讨论

3.1 最佳吸附剂选择结果

在3个100 mL酸性大红模拟废水样中，分别加入未改性粉煤灰、NaOH改性粉煤灰、HCl改性粉煤灰各4 g，于振荡箱中在温度为20℃的条件下以200 r/min的转速振荡30 min，然后静置30 min，经定量滤纸过滤后，取滤液测吸光度并计算脱色率，如表1所示。

表1 不同吸附剂对酸性大红模拟废水的脱色率

由表1可知，NaOH改性粉煤灰相对于其他两种粉煤灰，对酸性大红模拟废水的脱色效果较好，选为本实验的吸附剂。

3.2 改性粉煤灰投加量对废水脱色的影响

分别称量改性粉煤灰1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 g加入10个盛有100 mL浓度为140 mg/L的酸性大红模拟废水的具塞锥形瓶中，于振荡箱中在温度为20℃的条件下，以200 r/min的速度进行振荡，振荡30 min后取出，经定量滤纸过滤后，取滤液测吸光度并计算脱色率，如表2所示。

由表2可知，随着吸附剂投加量不断增加，吸附后浓度不断降低，脱色率不断增大，但改性粉煤灰吸附剂的投加量大于7 g以后，脱色率增大不再明显。所以从处理效果、处理成本等方面综合考虑，吸附剂的投加量以7 g为宜。

表2 改性粉煤灰投加量与脱色率的关系

3.3 反应温度对吸附效果的影响

分别取100 mL的浓度为140 mg/L的酸性大红模拟废水于5个具塞锥形瓶中，各投加7 g改性粉煤灰，控制温度20、25、30、35、40℃，在恒温振荡箱内以200 r/min的速度进行振荡，振荡30 min后取出，经定量滤纸过滤后取滤液测其吸光度并计算脱色率，如表3所示。

由表3可知，改性粉煤灰吸附酸性大红模拟废水，随着温度升高，脱色率也上升，说明升温有利于改性粉煤灰对酸性大红模拟废水的吸附。但温度对脱色率影响不大，本文选用常温20℃作为后续实验条件。

表3 反应温度与吸附效果关系

3.4 最佳振荡吸附时间的确定

分别称取7 g改性粉煤灰于6个盛有100 mL浓度为140 mg/L的酸性大红模拟废水的具塞锥形瓶中，将锥形瓶放入振荡箱中在温度为20℃的条件下，以200 r/min的速度进行振荡，依次在振荡时间为10、20、30、40、50、60 min时取出，经定量滤纸过滤后，取滤液测其吸光度，并计算脱色率，如表4所示。

表4 振荡时间与脱色率关系

从表4可知，改性粉煤灰吸附酸性大红模拟废水，随着振荡时间的增加，脱色率随着增大，但在振荡时间超过50 min以后增加不再明显，本研究认为振荡50 min为较佳的反应时间，将其作为后续实验的振荡时间。

3.5 确定吸附的最佳pH值

移取体积为100 mL的140 mg/L酸性大红模拟废水于8个具塞锥形瓶中，用硫酸和氢氧化钠溶液调节瓶中的pH值，使各锥形瓶中的酸性大红模拟废水的pH值分别为2、3、4、5、6、7、8、9，各加入7 g改性粉煤灰倒入锥形瓶后放入振荡箱中温度为20℃的条件下，以200 r/min的速度进行振荡50 min后取出，经定量滤纸过滤后，取滤液测量吸光度并计算脱色率。测量结果如表5所示。

表5 pH值与脱色率的关系

从表5可知，改性粉煤灰吸附酸性大红模拟废水，废水的pH的变化会对脱色率造成影响，当pH值为3时脱色率达到最小值，pH值为7时脱色率最大，本研究认为最佳pH值为7。

3.6 染料废水浓度对脱色效果的影响

分别称取7 g改性粉煤灰于6个盛有100 mL浓度分别为100、140、200、300、400、500 mg/L的酸性大红模拟废水的具塞锥形瓶中，将pH值调节至7后放入振荡箱中，在温度为20℃的条件下，以200 r/min的速度进行振荡50 min后取出，经定量滤纸过滤后，取其滤液测其吸光度并计算脱色率，结果如表6所示。

表6 废水浓度与脱色率的关系

从表6可知，改性粉煤灰对酸性大红模拟废水的吸附受模拟废水的浓度影响，随着模拟废水浓度的不断增大，吸附剂脱色效果不断降低。分析其原因，是因吸附剂投加量不足造成。所以在处理较高浓度印染废水时，需较大的粉煤灰投加量才能使废水达到国家标准《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB 4287-2012)。

3.7 印染废水中NaCl的含量对脱色率的影响

移取100 mL浓度为140 mg/L的酸性大红模拟废水于6个具塞锥形瓶中，分别加入7 g改性粉煤灰， 再分别往其中5个锥形瓶中投加质量为0.1、0.2、0.5、1、2 g的NaCl，将全部锥形瓶放入振荡箱中，在温度为20℃的条件下，以200 r/min的速度进行振荡50 min后取出，经定量滤纸过滤后，取滤液测量吸光度并计算脱色率。结果如表7所示。

表7 废水中NaCl含量对脱色的影响

由图7可知，染料废水中随着氯化钠量的增加，改性粉煤灰对染料废水中的燃料的吸附性能逐渐降低，脱色率也随着降低。

4 结论

通过改性粉煤灰对印染废水的吸附脱色处理的研究中得出：

(1)废水的浓度越高需要投加的改性粉煤灰的量也越多，或稀释废水后再进行吸附处理。

(2)吸附质温度会对吸附效果造成一定影响。实验发现，吸附质的温度较高时，吸附效果较好，现实中由于印染加工大多在高温条件下进行，排放废水的水温一般比较高，所以用改性粉煤灰对温度较高的印染废水进行吸附时，不需要做降温预处理。

(3)印染废水中的氯化钠含量过高，会导致粉煤灰的吸附能力降低，脱色率降低，因此要尽量除盐。

(4)试验后得出了该种改性粉煤灰最佳脱色条件是：在pH值为7的时，每100 mL酸性大红模拟废水投加7 g改性粉煤灰，振荡吸附50 min后，改性粉煤灰对酸性大红染料废水的吸附能力强，脱色效果最好。脱色后印染废水可以达到国标《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB 4287-2012)的间接排放标准。

(5)改性粉煤灰作为吸附剂能除去印染废水中大部分的色度，通过改性的方法改变粉煤灰的吸附性能，能使粉煤灰达到较好的吸附性能，当模拟废水浓度较高时也能达到较好的脱色效率，有很好的应用前景。