无机改性粉煤灰对模拟染料废水吸附脱色的作用

第13卷第3期黑龙江科技学院学报Vol.13No.32003年9月JOURNALOFHEILONGJIANGINSITUTEOFSCIENCE&TECHNOLOGYSep.2003模拟样本文章编号：1671-0118（2003）03-0000-00无机改性粉煤灰对模拟染料废水吸附脱色的作用王敏欣1，何绪文1，谷庆宝2(1.中国矿业大学北京校区，北京100083；2.中国环境科学研究院，北京100012)摘要：采用单因子实验的方法，选择了合适的改性剂，对粉煤灰的无机改性进行了研究，分析了改性灰的吸附平衡时间和pH值对改性灰吸附效果的影响。研究结果表明：用双氧水改性过的粉煤灰有较好的效果，对模拟染料废水的色度去除力很强。当改性灰的投加量为0.5%、pH＞9时，脱色率可达95%以上。关键词：粉煤灰；吸附；表面改性中图分类号：X791文献标识码：AAbsorptionofflyashmodifiedthroughinorganicmethodsonsimulateddyeingwaterWANGMinxin1,HEXuwen1,GUQingbao2(1.ChinaUniversityofMiningandTechnology,BeijingCampus,100083,China;2.ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012,China)Abstract:Inthispaper,amethodofmodifyingflyashisstudied,byusingthesinglefactorexperiments.Theeffectsofmodificationreagents,thetimeofadsorptionequilibrium,andpHareinvestigated.ExperimentalresultsshowsthatflyashmodifiedwithH2O2haveabettereffete.Whenthedosageofmodifiedashis0.5%,theremovalrateofcolorinwastewaterwithpHmorethan9exceeds95%.Keywords:absorption;flyash;surfacemodification0引言1我国粉煤灰利用率约为30%，且主要作为建筑材料用于筑路、修堤等。近年来，人们正致力于开发粉煤灰的环保利用。据报道[1]，已成功的用于去除工业废水中的苯酚。Cincinnati大学的一项研究表明，粉煤灰用于处理含氟废水。但从已有文献报道中看[2]，吸附效果还有待于进一步提高。笔者从这一目的出发研究粉煤灰无机改性方法及改性效果。1材料与实验方法1.1实验仪器日本产KOKUSANH-900型座式离心机，日本产SW-600HHotplatestirrer型6座磁力搅拌器，日本产HitachiU3120型紫外及可见分光光度计，美国收稿日期：2000-07-20基金项目：国家“九五”攻关项目（96-909-05-02-03）作者简介：王敏欣（1973-），女，河北省藁城人，职称，硕士，研究方向：水处理，E-mail：。产Quantsorb型比表面测定仪。1.2实验药品粉煤灰，化学成分如表1所示，比表面积如表2所示。表1粉煤灰化学组成Table1Characteristics&chemicalcompositionofflyash化学成分含量/%化学成分含量/%SiO250.19K2O1.03Al2O333.58TiO21.15Fe2O35.10MnO0.03CaO4.25LOI2.37Na2O0.39表2粉煤灰的比表面测定结果Table2Specificsurfaceareaofflyash项目比表面积/m2·g-1项目比表面积/m2·g-1全样2.59200~320目2.67100目1.68320目2.85100~200目2.132黑龙江科技学院学报第13卷模拟样本试剂：H2O2，HCl，HNO3，H2SO4，CaO，NaCl（分析纯，北京化学试剂公司）。模拟废水，系用蒸馏水配成的直接耐酸大红4BS溶液（最大吸收波长为496nm）。1.3实验方法采用单因子实验方法，选择合适的改性剂，研究改性灰的吸附平衡时间及pH值对改性灰吸附效果的影响1.3.1粉煤灰的表面改性实验方法将粉煤灰和一定浓度的改性剂溶液按一定比例混合在一起，常温条件下搅拌反应一定时间，然后进行抽滤，将所得固体洗净后烘干。1.3.2改性灰的效果实验静态吸附：具塞锥形瓶中置一定量的灰和一定浓度模拟废水后，在磁力搅拌器上以180r/min的速度搅拌吸附一定时间，离心分离后取上清液测定。1.4分析方法模拟废水的浓度和其吸光度之间存在很好的线性相关性，相关系数为0.999。A=0.025C+0.042，式中：A──吸光度；C──模拟废水的浓度。笔者以改性灰吸附前后溶液吸光度的变化来表征改性灰的吸附能力，并用脱色率来定量表示。脱色率计算公式为：%10000AAAE，式中：A0──吸附前溶液的吸光度；A──吸附后溶液的吸光度。2结果与讨论2.1最佳改性剂的选择实验用模拟废水的浓度为10mg/L，改性剂分别选用H2O2，HCl，HNO3，H2SO4，CaO，NaCl，其溶液浓度均为0.5N，固液质量比为1∶10，常温条件下，中速搅拌[3]。实验结果如图1所示。从图1可以看出4号和5号改性灰的脱色率与原灰相比有了大幅度提高。说明4号灰的改性剂H2O2，5号灰的改性剂CaO的改性效果好。2.2改性灰的吸附平衡时间实验条件：改性灰4，模拟废水200mL，浓度10mg/L，pH值为7，实验结果如图2所示。由表2知，此粉煤灰以大孔为主，所以吸附过程进行比较快，在较短时间内即可完成。由图2可见，粉煤灰在20min以后达到吸附平衡，而改性灰经过40min的搅拌吸附后，基本能达到吸附平衡。在吸附开始的一段时间内脱色率上升较快，以后慢慢趋于平缓。这种先快后慢的过程，是由于当灰刚加入废水中时粉煤灰表面和溶液中染料分子的浓度差最大，由此产生的吸附推动力也最大，造成了吸附开始一段时间进行较快。随着时间的推移，粉煤灰的表面和染料分子的浓度差逐渐减小，因而吸附推动力减弱，吸附过程趋于缓慢。改性灰比原灰达到平衡的时间要长一些。这可能是H2O2具有强氧化性，可以将原灰中的一些残碳氧化掉（由表1知原灰烧失量较高），从而使改性灰的微孔隙增多，吸附活性点有充分的机会与染料分子接触，吸附能力增强，吸附平衡时间也相应延长。2.3pH值对改性灰吸附效果的影响实验条件：灰量1g，模拟废水200mL，废水浓度10mg/L，吸附时间40min，实验结果如图3所示。806040200100粉煤灰改性4改性3改性2改性1图1改性剂种类对改性灰脱色率的影响Fig.1Efficiencyofdifferentmodificationreagents脱色率/%改性5改性6t/min图2改性灰吸附平衡时间的影响Fig.2Adsorptiveequilibriumtimeifmodifiedash803060204010205010040脱色率/%改性灰用量10g/L改性灰用量5g/L粉煤灰用量5g/L改性灰粉煤灰57811931009080706050pH脱色率/%图3pH值对改性灰脱色率的影响Fig.3EffectofpH第3期王敏欣，等：无机改性粉煤灰对模拟染料废水吸附脱色的作用3模拟样本图3表明，随着pH值由中性向酸性变化，粉煤灰吸附脱色率有所提高，但幅度不大。当pH值大于9以后，脱色率上升较快，为脱色率最高的pH值范围。强碱条件下脱色率高的原因可能是，粉煤灰表面吸附大量羟基离子，这些羟基与染料中的－OH－、－SO3－、－NH2或－COO－等发生氢键联结，增强了粉煤灰对染料分子吸附能力的缘故。另外，一个很明显的趋势是原灰在pH值为8左右存在一个最低点而改性灰则没有。这可能是由于原灰在此pH值时的电性[4]和染料胶体颗粒的电性相同，它们之间强烈的排斥力占了优势，使吸附效果变差，而H2O2改性灰的表面由于大量羟基离子的存在使氢键的联结作用占了优势，脱色率略有上升。2.4粉煤灰与改性灰对染料废水吸附效果比较吸附等温线对于确定吸附质在吸附剂上的吸附能力很有利。本实验在20℃下，通过数据拟合分别做出粉煤灰与改性灰的吸附量与平衡浓度的对数曲线，均为直线，如图4所示。由Freundlich吸附模型知，其动力学行为符合方程eelog1loglogCnKQ，式中：Qe──平衡吸附量；K、n──经验常数；Ce──平衡浓度。该图还说明改性灰对该染料的吸附能力要优于粉煤灰对该染料的吸附能力。3结论（1）最佳改性剂为H2O2。（2）改性灰的吸附平衡时间为40min，与原灰相比稍有延长。（3）改性灰及原粉煤灰的动力学行为都遵循Freundlich方程，改性粉煤灰吸附效果更为优越。（4）改性灰的吸附脱色作用比原灰有了很大提高且受pH值的影响不大。同一条件下，pH值为7时脱色率最低为86.6%，pH值为9时达到最高为96.32%。参考文献：[1]邵颖,刘维屏,王青清.活化粉煤灰对弱酸性艳绿GS吸附性能的研究[J].工业水处理,1997,17(1):21-27.[2]汪树军.改性粉煤灰吸附性能的研究[J].华北电力技术,1992,(5):23-25.[3]王连军,黄中华,刘晓东,等.膨润土的改性研究[J].工业水处理,1999,19(1):9-11.[4]季民.染色废水混凝脱色机理的研究[J].中国给水排水,1992,8(5):4-8.806040200100-1.0-0.500.5-1.5logQelogCe改性灰粉煤灰图4吸附等温线Fig.4Adsorptionisotherm