陽離子染料改性膨潤土對乙萘酚的吸附研究

唐 源

（華南理工大學環境科學與工程學院，廣東 廣州 510006；湘潭大學環境工程系，湖南 湘潭 411105）

我國是染料生產和使用大國，染料和印染廢水排放量逐年增加，已成為國內各大水域的重要污染源，因此急需開發經濟有效的染料和印染廢水處理技術。當今，國內的印染廢水處理手段以生化法為主，有的還將化學法與之串聯，國外也基本如此[1]。目前，由于化纖織物的發展和印染后整理技術的進步，PVA漿料、新型助劑等難生化降解的有機物大量進入印染廢水，給處理增加了難度[2-3]。

近年來研究發現天然膨潤土對水中的染料如亞甲基藍、酸性大紅等都有較好的吸附效果[7]。高斌等[8]用酸活化膨潤土處理酸性藍印染廢水，其色度去除率可達96%，且CODCr去除率可達63%。若再經絮凝劑處理后，即可滿足國家工業廢水二級排放標準的色度要求。趙瑞玉等[9]利用聚合鐵改性膨潤土對酸性大紅、活性艷紅、酸性黑COD吸附去除率分別達到45%、71%和60%。與其他吸附劑比較，膨潤土對低含量印染廢水具有較高的去除率、化學和生物穩定性[5-6]。且其儲量豐富，價廉易得，制備方法簡單，具有廣闊的應用前景。

為此，筆者探討了天然膨潤土對陽離子染料吸附效果及性能，比較研究了不同染料改性后吸附性能的差異，為進一步研制新型膨潤土吸附劑提供理論依據，也為染料廢水處理新技術的研發提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

本試驗所用主要材料和試劑為膨潤土原土和乙萘酚（200 mg/L），及結晶紫、中性紅和亞甲基藍3種陽離子染料。

1.2 膨潤土對陽離子染料的吸附性能

膨潤土對各種陽離子染料的吸附性能實驗步驟如下：在25 mL離心管中分別加入0.2 g膨潤土及20 mL濃度為75～8 500 mg/L的陽離子染料，用帶特氟隆墊片的蓋子密封；在25℃和150 r/min條件下振蕩4 h后，4 000 r/min條件下離心15 min；準確移取一定量的上清液于比色管中，稀釋定容；用紫外分光光度計測定各溶液的吸光度，計算平衡濃度和飽和吸附量；根據平衡濃度和吸附量繪制等溫吸附曲線。

1.3 改性膨潤土對乙萘酚的吸附性能

陽離子染料改性后膨潤土對各種濃度乙萘酚的吸附性能實驗步驟如下：在25 mL離心管中分別加入0.2 g膨潤土，及20 mL一系列設定濃度的陽離子染料（相當于用表面活性劑改性的陽離子交換容量為0.4CEC和0.6CEC的有機膨潤土），用帶特氟隆墊片的蓋子密封；在25℃和150 r/min條件下振蕩6 h后，在4 000 r/min條件下離心15 min；準確移取一定量的上清液于比色管中，稀釋定容；用紫外分光光度計測定各溶液的吸光度，計算平衡濃度和飽和吸附量；傾倒出上清液，保留原土在離心管中，依次加入10～200 mg/L的乙萘酚。在25℃和150 r/min條件下振蕩6 h后，在4 000 r/min條件下離心15 min；準確移取一定量的上清液于比色管中，稀釋定容；用紫外分光光度計測定各溶液的吸光度，計算平衡濃度和飽和吸附量；根據平衡濃度和吸附量繪制等溫吸附曲線。

2 結果與分析

2.1 膨潤土對陽離子染料的等溫吸附曲線

圖1 膨潤土對3種陽離子染料的等溫吸附圖

圖1是膨潤土對陽離子染料（結晶紫、中性紅、亞甲基藍染料）的等溫吸附曲線。從圖可看出：在實驗濃度范圍內，膨潤土對陽離子染料的吸附量隨著陽離子染料平衡濃度的增加而增大，但是陽離子平衡濃度相對較高時，吸附量增加的趨勢逐漸變小。具體而言，陽離子染料平衡濃度較小，即對于亞甲基藍、中性紅、結晶紫這3個初始濃度分別為4 125、2 500、1 109 mg/L時，其去除率在99%以上，這是由于膨潤土單元片層間負電荷與陽離子染料中陽離子產生強烈的靜電吸引力，從而發生內交換吸附，此時膨潤土對陽離子染料基本能充分吸附，表現在實驗現象上就是上清液較澄清。而在陽離子染料濃度較高即平衡濃度相對較高時，由于膨潤土與陽離子有機染料間達到吸附飽和，吸附量增加的趨勢逐漸變小，最終趨于平緩。

2.2 膨潤土對陽離子染料的去除率

從圖2可看出：在實驗濃度范圍內，隨著陽離子染料的初始濃度的增加，膨潤土對各種陽離子染料的去除率降低。當初始濃度處于低濃度范圍時，去除率維持在90%以上，且去除率降低的趨勢較平緩。實驗發現當添加的陽離子染料量在膨潤土1.0CEC時，膨潤土對亞甲基藍去除率達到99%，對中性紅去除率達到98%，對結晶紫去除率達到88%。經過某一突變點后，去除率開始急劇下降，曲線變得陡峭。不同陽離子染料突變轉折點不相同，對結晶紫在2 600 mg/L以下去除率可達到99%；對中性紅在2 800 mg/L以下可達到99%；對亞甲基藍在4 200 mg/L以下可達到99%。即對亞甲基藍在1.0CEC時候去除率可達到99%，對中性紅在0.8CEC時候可達到99%，對結晶紫在0.6CEC時候可達到99%。在高濃度范圍時由于膨潤土對陽離子染料的吸附達到了吸附飽和，去除率一般都維持在較低水平，吸附效果不理想。

圖2 膨潤土對3種陽離子染料的去除率

以上實驗表明：膨潤土對3種陽離子染料吸附性能差別很大。對于初始濃度相同的亞甲基藍、中性紅和結晶紫，同種膨潤土對亞甲基藍的吸附效果最好。同種陽離子有機染料吸附時，在低濃度區吸附較充分，平衡濃度和吸附量近似成線性關系，超出某一范圍后，吸附量增加的趨勢逐漸變小，最終趨于平緩。不同陽離子有機染料的突變范圍不同，同時線性區間也不相同。

通過不同陽離子染料吸附性能的考察，可以檢選高效高品質吸附劑，確定吸附效果最好的濃度范圍，同時為改性膨潤土成為有機膨潤土提供參考。

2.3 改性膨潤土對乙萘酚的吸附性能

圖3是經相當于0.4CEC結晶紫、中性紅、亞甲基藍改性后的膨潤土對乙萘酚的等溫吸附曲線。從圖可看出：在實驗濃度范圍內，經陽離子染料吸附后膨潤土對乙萘酚的吸附量隨著乙萘酚平衡濃度的增加而增大，但是乙萘酚平衡濃度相對較高時，吸附量增加的趨勢逐漸變小。其中經亞甲基蘭和結晶紫改性的膨潤土對乙萘酚的吸附高于中性紅改性的。

圖3 經3種陽離子染料改性0.4CEC的膨潤土對乙萘酚的等溫吸附圖

圖4是經相當于0.6CEC結晶紫、中性紅、亞甲基藍改性后的膨潤土對乙萘酚的等溫吸附曲線。同樣，經0.6CEC陽離子染料改性后膨潤土對乙萘酚的等溫吸附曲線隨著乙萘酚的平衡濃度的升高而增大，吸附量稍高于0.4CEC陽離子染料改性后的膨潤土。同時，經3種陽離子染料改性后膨潤土對乙萘酚的吸附效果差異更明顯，以亞甲基藍改性的最好，中性紅改性的最差。

圖4 經3種陽離子染料改性0.6CEC的膨潤土對乙萘酚的等溫吸附圖

實驗結果表明，經陽離子染料改性后膨潤土對低濃度（小于200 mg/L）乙萘酚去除率在60%以上。可見，經活化或改性后的膨潤土可用于處理乙萘酚等廢水中的有機污染物。

改性后膨潤土的吸附性能與改性用的有機染料的種類有關，不同的有機膨潤土對不同的有機污染物的吸附效果不同，在印染廢水處理過程中，應同時考慮有機物的種類和濃度，以選擇最佳的有機膨潤土。

3 結 論

（1）在陽離子濃度為75～8 500 mg/L的濃度范圍內，膨潤土對陽離子染料亞甲基藍、中性紅、結晶紫的吸附性能差別很大，吸附效果依次為亞甲基藍>中性紅>結晶紫。當添加的陽離子染料量在膨潤土1.0CEC時，膨潤土對亞甲基藍去除率達到99%，對中性紅去除率達到98%，對結晶紫去除率達到88%。同時，去除率要達到99%，對亞甲基藍在1.0CEC，對中性紅在0.8CEC，對結晶紫在0.6CEC。

（2）吸附染料后的膨潤土對乙萘酚的吸附性能與染料的分子結構有關。經陽離子染料吸附后膨潤土對乙萘酚吸附效果最好的是亞甲基藍，其次為結晶紫，再次為中性紅。以低濃度乙萘酚（<200 mg/L）為吸附對象時，當添加的陽離子染料量在膨潤土0.6CEC時，經亞甲基藍吸附的膨潤土去除率最高達到91%；在0.4CEC時，經亞甲基藍吸附的膨潤土去除率最高達到90%。

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