糠醛渣對剛果紅吸附能的研究.doc

糠醛渣對剛果紅吸附性能的研究摘 要以剛果紅染料為吸附對象，研究了糠醛渣對含剛果紅染料廢水的吸附特性，考察了震蕩時(shí)間、吸附劑添加量、溫度和pH對糠醛渣吸附剛果紅的影響。結(jié)果表明，隨著吸附時(shí)間的延長，糠醛渣對剛果紅吸附性能愈佳，在60min左右，吸附率達(dá)到85.55%，吸附基本達(dá)到平衡?？啡┰鼘偣t的吸附率隨著糠醛渣的添加量的增加而增高，在1.20g時(shí)就已達(dá)到91.99%。溫度愈高，吸附率愈高，表明糠醛渣對剛果紅的吸附是吸熱反應(yīng)。pH對糠醛渣吸附剛果紅的吸附效率影響不大。對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用相關(guān)數(shù)學(xué)模型擬合，顯示吸附過程動力學(xué)更適合二級吸附動力學(xué)模型，等溫吸附平衡符合Langmuir吸附等溫式。關(guān)鍵詞：糠醛渣，剛果紅，吸附率，廢水處理Study on Furfural residue in Congo red adsorption propertiesAbstractStudy Congo red dye as the adsorption object, Furfural residue is studied the adsorption characters of dye wastewater in this paper. Examines the oscillation time, adsorbent amount, adsorption temperature and and pH on the furfural slag to Congo red,and test the adsorption isotherms. The experimental results show that with the extension of adsorption time, furfural slag increases adsorption capability for Congo red, About 60 min, the adsorption rate of 85.55%,achieve basic equilibrium adsorption. Furfural residue of Congo red decolorization rate as the furfural slag and increased with the increase of adding amount of, in the 1.2 g when it has reached to 91.99%. The higher the temperature, the higher the adsorption, which indicating that the furfural residue on the adsorption of Congo red is an endothermic reaction. pH on the adsorption of furfural residue Congo red adsorption efficiency have little effect. The use of a mathematical model fitting the experimental data indicate that the adsorption kinetics more suitable for two adsorption kinetics model, The adsorption isotherm balance in line with the Langmuir adsorption isotherm.Key words：Furfural residue，Congo red，the adsorption rate，wastewater treatment目 錄前言11材料與方法11.1材料11.1.1試驗(yàn)材料與試劑11.1.2主要儀器112方法.11.2.1糠醛渣的預(yù)處理21.2.2試驗(yàn)方法22 結(jié)果與分析22.1各因素對吸附率的影響22.1.1吸附動力學(xué)22.1.2吸附劑添加量對吸附率的影響42.1.3溫度對吸附率的影響42.1.4不同pH值對吸附率的影響52.1.5吸附等溫線63結(jié)論8參考文獻(xiàn)9致謝10引言社會的進(jìn)步，推動著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，但在發(fā)展過程中工業(yè)廢水也在不斷增加，主要的有害染料廢水則是工業(yè)廢水之一。染料工業(yè)在生產(chǎn)中排放大量的廢水（液），如不加以處理直接排放，勢必會對水源、土壤等環(huán)境造成污染，有時(shí)也會浪費(fèi)掉其中所含的有用物質(zhì)1。染料廢水具有水量大、色度高、有機(jī)物濃度高、成分復(fù)雜、水質(zhì)變化頻繁等特點(diǎn)2,3，很難采用常規(guī)方法進(jìn)行治理，一直是工業(yè)污水處理中的難點(diǎn)。因此，治理染料廢水仍是我國目前面臨的重要而又艱巨的環(huán)境保護(hù)工作之一。常規(guī)的染料處理方法有很多，主要有氧化4、絮凝5、活性炭吸附6及生物膜法處理7，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。但處理成本以及處理效果仍然是處理染料廢水的主要限制因素，吸附法是上述廢水處理主要方法之一，而吸附劑的多孔性和較大的比表面積是衡量吸附劑吸附效果的主要因素，活性炭是目前最廣泛的應(yīng)用的吸附劑之一，但是由于活性炭的高價(jià)格和高操作費(fèi)用以及再生產(chǎn)等問題，使該項(xiàng)技術(shù)難以得到推廣，人們期望能找到廉價(jià)易得、處理成本低且處理效果好的材料用于處理染料廢水?？啡┰巧镱愇镔|(zhì)如玉米芯、玉米桿、稻殼以及農(nóng)副產(chǎn)品加工生產(chǎn)糠醛所產(chǎn)生的廢棄物。據(jù)估計(jì)，每生產(chǎn)1t 糠醛排出約1215 t 廢渣8，糠醛渣作為一種生物類廢棄物，其鹽分含量高、呈酸性，大量堆積會對大氣，土壤，河流等產(chǎn)生污染。但因其含有大量的纖維素，半纖維素，木質(zhì)素。而且產(chǎn)量大，價(jià)格便宜來源廣泛，因此具有很好的再利用價(jià)值，以糠醛渣做為吸附劑對含有剛果紅染料廢水的吸附具有明顯的優(yōu)勢，并且合理地資源化利用糠醛渣，消除其對環(huán)境的污染，同時(shí)增加糠醛渣的經(jīng)濟(jì)附加值，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益以及環(huán)境效益的三效合一。1 材料與方法1.1 材料1.1.1 試驗(yàn)材料與試劑 糠醛渣、剛果紅以及實(shí)驗(yàn)所需試劑均為分析純。1.1.2 主要儀器 主要儀器：DHG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；電子分析天平；BSIE型振蕩培養(yǎng)箱(常州國華電器有限公司); VIS7220型可見分光光度計(jì)(北京瑞利分析儀器公司)。1.2 方法1.2.1 糠醛渣的預(yù)處理糠醛渣取自河南玉源化工有限公司。首先將糠醛渣在自來水的沖洗下沖洗掉表面所含雜質(zhì)，再用蒸餾水沖洗糠醛渣表面顆粒物，然后將其放入103105烘箱中烘烤去除其水分和揮發(fā)性雜質(zhì)，最后冷卻并磨碎備用。1.2.2 試驗(yàn)方法取一組250mL錐形瓶，分別加入準(zhǔn)確稱量的糠醛渣，再分別加入50mL濃度為50mg/L的剛果紅溶液，在一定溫度下，放入電熱鼓風(fēng)干燥箱，以150r/min 震蕩一定時(shí)間后過濾,于497nm波長處測定其吸光度,計(jì)算溶液濃度及糠醛渣對剛果紅的脫色率。水溶液中剛果紅濃度采用分光光度計(jì)，波長為497nm。A0： 表示處理前的吸光度；A： 表示處理后的吸光度。2 結(jié)果與分析2.1 各因素對吸附率的影響2.1.1 吸附動力學(xué)稱取0.500g糠醛渣7份，分別加入濃度為50mg/L的剛果紅溶液50mL，在25的恒溫振蕩箱中以150r/min 分別振蕩10、20、30、45、60、90、120min后過濾，取濾液測定溶液吸光度。糠醛渣在不同時(shí)間內(nèi)對剛果紅吸附的結(jié)果見圖1。圖1 震蕩時(shí)間對剛果紅吸附率的影響由圖1可以看出，在040min內(nèi)，糠醛渣對剛果紅的吸附率迅速增加，在60120min內(nèi)糠醛渣對剛果紅的吸附率增加速度明顯減緩；當(dāng)接觸時(shí)間為20min時(shí)吸附率即可達(dá)到81.51%，吸附量為4.08mg/g。由此我們看出糠醛渣對剛果紅的吸附效果良好；當(dāng)時(shí)間為120min時(shí)達(dá)到最大吸附率為87.58%，吸附量達(dá)到4.38mg/g；但由圖1明顯看出，當(dāng)吸附時(shí)間在60min左右已基本達(dá)到吸附平衡；此時(shí)的吸附率為86.55%，吸附量為4.32mg/g，此后延長時(shí)間對吸附效果影響不大；因此最佳吸附脫色效果的時(shí)間為60min。吸附過程的動力學(xué)研究主要是用來描述吸附劑吸附溶質(zhì)的速率快慢，通過動力學(xué)模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，從而探討其吸附機(jī)理。Lagergren一級吸附速率方程和二級吸附速率方程是普遍應(yīng)用的兩種吸附動力學(xué)速率方程?；诠腆w吸附量的Lagergren一級吸附速率方程的線性形式為：式中：qt為t時(shí)吸附量（mg/g）；qe為平衡時(shí)吸附量（mg/g）；k1為一級吸附速率常數(shù)（1/min）。 基于固體吸附量的二級吸附速率常數(shù)方程的線性形式為：式中：qt為t時(shí)吸附量（mg/g）；qe為平衡時(shí)吸附量（mg/g）；k2為二級吸附速率常數(shù)（1/min）。將不同吸附時(shí)間糠醛渣吸附剛果紅的數(shù)據(jù)分別用Lagergren一級吸附速率方程和二級吸附速率方程進(jìn)行線性回歸，根據(jù)吸附動力學(xué)方程所求出的動力學(xué)參數(shù)見表1。表1 糠醛渣吸附剛果紅的動力學(xué)參數(shù)qe(mg/g)一級吸附速率方程二級吸附速率方程k1(min-1)qe.c(mg/g)R2K2(min-1)qe.c(mg/g)R24.3270.1051.4370.9750.1654.4331由表1可以看出：糠醛渣的吸附數(shù)據(jù)用二級吸附速率方程回歸的線性相關(guān)系數(shù)明顯大于Lagergren一級吸附速率方程，且由方程計(jì)算得出的平衡吸附量（qe.c）與實(shí)驗(yàn)所得平衡吸附量qe非常接近。說明糠醛渣對剛果紅的吸附符合二級吸附速率方程。這是因?yàn)?，盡管Lagergren一級吸附速率方程已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各種吸附過程，但它卻有局限性9，一級動力學(xué)模型作圖前需要知道qe值,但在實(shí)際吸附過程中，真正達(dá)到平衡需要很長時(shí)間，因此不可能準(zhǔn)確測得其平衡吸附量，所以，一級模型常常只適合吸附初始階段的動力學(xué)描述，而不能準(zhǔn)確地描述吸附的全過程。相比之下,二級吸附動力學(xué)線性方程更真實(shí)全面地反映了糠醛渣對剛果紅的吸附機(jī)理。2.1.2 吸附劑添加量對吸附率的影響取50mg/L的剛果紅溶液8份，每份50mL，分別加入0.10g、0.30g、0.50g、0.70g、0.90g、1.00g、1.20g、1.50g的糠醛渣在25恒溫振蕩箱中以150r/min振蕩20min后取出，取濾液測量其吸光度。吸附劑的添加量對剛果紅的吸附結(jié)果見圖2。圖2 糠醛渣添加量對剛果紅吸附率的影響由圖2可以看出，糠醛渣對剛果紅的吸附率隨著添加量的增加而增大。在0.101.00g區(qū)間內(nèi)糠醛渣對剛果紅的吸附率的增幅較大，當(dāng)添加量為0.10g時(shí)糠醛渣對剛果紅的吸附率僅為68.38%，當(dāng)添加量為1.00g時(shí)，糠醛渣對剛果紅的吸附率已達(dá)到89.22%；此后在增加糠醛渣的添加量，其對剛果紅的吸附率增幅變小，當(dāng)添加量為1.50g時(shí)，脫色率為92.30%。由此可見，添加量增加一半，而吸附率僅增加不到4%。2.1.3 溫度對吸附率的影響稱取0.50g糠醛渣7份，分別加入到7份濃度為50mg/mL的剛果紅溶液中，然后在溫度分別為10、15、20、25、30、35、40的恒溫振蕩箱中以150r/min振蕩20min后取出，取其濾液測定其吸光度?？啡┰鼘偣t在不同溫度下的吸附率的影響結(jié)果見圖3。由圖3可以看出，在10到40的范圍內(nèi)，隨著溫度的增高，糠醛渣對剛果紅溶液的吸附率也逐漸增高。說明糠醛渣對剛果紅的吸附過程為吸熱過程，溫度提高，則有利于吸附，而溫度過低則不利于吸附；在溫度達(dá)到3540時(shí)基本達(dá)到最理想吸附溫度，此后再增加溫度不僅會提高設(shè)備損壞程度，也不利于降低吸附成本。圖3 溫度對剛果紅吸附率的影響2.1.4不同pH值對剛果紅吸附率的影響取50mg/L的剛果紅溶液50mL6份，分別加入0.50g糠醛渣，然后再加入0.1mol/L的HCl溶液或0.1mol/L的NaOH溶液調(diào)整pH至3.7、4.4、5.5、6.3、7.3、8.9，然后在25恒溫振蕩箱中以150r/min振蕩20min后過濾，取濾液測定其吸光度。不同pH對剛果紅溶液的吸附結(jié)果見圖4。圖4 不同pH值對剛果紅吸附率的影響由圖4可以看出，糠醛渣對剛果紅溶液吸附率對pH值的變化并不十分敏感。在相同的振蕩時(shí)間里，在較低的pH值下對剛果紅的吸附率隨著pH的上升而增大，在pH為3.7時(shí)達(dá)到最小值，此時(shí)對剛果紅吸附率的值為70.43%；當(dāng)pH為7.3時(shí)，糠醛渣對剛果紅的吸附率最大，吸附率為86.45%。此實(shí)驗(yàn)說明糠醛渣對剛果紅的吸附具有較寬的pH適應(yīng)范圍。亦說明糠醛渣作為對含剛果紅染料廢水的吸附劑，具有良好的選擇效果。2.1.5 吸附等溫線向7個(gè)裝有0.500g糠醛渣的250ml的三角瓶里分別加入10mg/l，20mg/l，30mg/l，40mg/l，50mg/l，80 mg/l，100 mg/l的剛果紅溶液50ml，在25條件下震蕩20min取出過濾, 取濾液測量其吸光度。計(jì)算平衡溶液濃度及吸附量，做吸附等溫曲線。結(jié)果見圖5。圖5 吸附等溫線（1）Langmuir等溫方程式中：qe單位吸附量，mg/g；Ce為吸附平衡質(zhì)量濃度，mg/L，Q0為飽和吸附量，mg/g；KL為Langmuir常數(shù)。（2）Freundlich 等溫方程式中：qe單位吸附量，mg/g；Ce為吸附平衡質(zhì)量濃度，mg/L，KF，n均為Freundlich常數(shù)。回歸得出的Langmuir 和Freundlich等溫方程參數(shù)見表2，線性等溫線見圖6。由圖6及表2可以看出：糠醛渣對剛果紅的等溫吸附規(guī)律可分別用Langmuir和Freundlich等溫吸附模式較好的描述。表2給出的擬參數(shù)值n小于1，說明糠醛渣對水中的剛果紅吸附性能良好，易于吸附進(jìn)行。y = 1.1828x + 0.3375R2 = 0.932700.20.40.60.811.21.41.6-0.200.20.40.60.81lgCelgqe圖6 Freundlich 吸附等溫線表2 糠醛渣對剛果紅的吸附等溫方程參數(shù)Langmuir吸附等溫方程Freundlich吸附等溫方程Q0 (mg/g)KLR2KFnR269.40.00560.94472.1750.84540.93273 結(jié)論（1）隨著吸附時(shí)間的延長，糠醛渣對剛果紅吸附性能愈佳，當(dāng)吸附時(shí)間達(dá)到一定程度，吸附率不再增加，基本達(dá)到吸附平衡。（2）糠醛渣對剛果紅的吸附行為符合二級吸附速率方程。（3）糠醛渣對剛果紅的吸附率隨著添加量的增加而增大，當(dāng)吸附劑的添加量達(dá)到一定程度，吸附率不再增加。（4）隨著溫度的增高，糠醛渣對剛果紅溶液的吸附率也逐漸增高，說明糠醛渣對剛果紅的吸附過程為吸熱過程。（5）糠醛渣對剛果紅溶液吸附率對pH值的變化并不十分敏感，糠醛渣對剛果紅的吸附具有較寬的pH適應(yīng)范圍。（6）單位吸附量與平衡質(zhì)量濃度之間的關(guān)系符合Langmuir 和Freundlich等溫吸附方程所描述的規(guī)律。（7）利用糠醛渣吸附含剛果紅廢水工藝簡單，成本低廉，效果優(yōu)良，可達(dá)到以廢治廢的目的，具有良好的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)1 張紅. 染料廢水處理技術(shù)的發(fā)展概況J. 遼寧城鄉(xiāng)環(huán)境科技，1999（10）:19-222 章杰 染料和助劑工業(yè)中的環(huán)境荷爾蒙問題（上）J 上?；?，1999（23）：4173 詹哲茂. 從纖維加工藥劑觀環(huán)境問題J染化雜志1999（4）：14，204 MALIK P K，SAHA S KOxidation of direct dyes with hydrogen peroxide using ferrous ion as catalyst JSep Purif echnol，2003，31：2412505 PANSWED J,WONGCH A， ISUWAN SMechanism of dye wastewater color removal by magnesium carbonatehydrated basicJWat Sci Technol，1986，18：1391446 VENKATA R B, SASTRAY CA. 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