硅藻土對染料廢水的吸附性能分析

謝朝陽 李素霞 雷思思

摘要：采用天然硅藻土處理酸性大紅染料廢水。在靜態條件下，研究了硅藻土用量、振蕩時間、溶液的pH和溫度對酸性大紅染料廢水脫色效果的影響。結果表明，在硅藻土用量60 g/L，振蕩時間60 min， pH 3，溫度20℃條件下，硅藻土對酸性大紅染料廢水的脫色率最高，達66%。

關鍵詞：硅藻土；吸附；染料廢水

中圖分類號：X788 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）08-1786-02

染料廢水是極難處理的工業廢水之一，多年來世界各國在這方面投入大量的人力、物力進行了多項研究。傳統的染料廢水處理技術主要有物理吸附法、化學法、物化法、生化法和電化學法等[1-5]。但有色廢水中的染料毒性強、降解難，某些染料降解后也會產生致癌和有毒物質，因此不能單純依靠生化或物化等方法，吸附法作為一種有效的手段正漸漸受到重視。活性炭吸附法對于去除廢水中的溶解性有機物非常有效，但其成本較高。因此近年來，利用廉價材料如粉煤灰、木屑、爐渣及礦物黏土等作為染料的吸附劑在有色污水處理中得到廣泛應用[6]。硅藻土作為一種資源豐富的多孔天然產物，價格比常用的活性炭吸附材料低得多，因此，有望成為理想的染料吸附材料[7-13]。

1 材料與方法

1.1 材料

酸性大紅染料廢水，天然硅藻土。水浴恒溫振蕩器，722S可見分光光度計，電子天平，pH酸度計，微孔濾膜，錐形瓶，燒杯，容量瓶。

1.2 方法

1.2.1 硅藻土的靜態吸附試驗 準確移取100 mL的400 mg/L酸性大紅染料廢水，調節pH至一定值，加入一定量的天然硅藻土，振蕩，濾膜過濾，以去離子水為對照，在染料廢水的最大吸收波長處測定吸光度，然后計算脫色率（去除率）。脫色率（去除率）的計算公式為η=（1-A/A0）×100%，式中，A0為吸附前溶液的吸光度，A為吸附后溶液的吸光度。

1.2.2 正交試驗設計 選擇硅藻土用量（A）、溫度（B）、pH（C）、振蕩時間（D）作為正交試驗中的4個影響因素，各因素設置3個水平。正交試驗因素與水平見表1。

2 結果與分析

2.1 硅藻土用量對吸附性能的影響

吸附率隨硅藻土用量的變化情況見圖1。由圖1可知，當硅藻土投加量為20 g/L時，脫色率為41.4%；從20 g/L增加到80 g/L時，脫色率隨著投加量的增加而有所上升，從41.4%上升到60.0%；當投加量為100 g/L時，脫色率為61.0%。考慮到處理成本，硅藻土用量80 g/L為適宜用量。

2.2 溫度對吸附性能的影響

不同溫度時的脫色率見圖2。由圖2可知，當溫度從20 ℃升到40 ℃時脫色率逐漸增大，溫度從40 ℃升到100 ℃時脫色率逐漸下降，脫色效果較差。40 ℃為硅藻土脫色效果最佳。以下單因子試驗溫度設定為40 ℃。

2.3 pH對吸附性能的影響

脫色率隨pH的變化見圖3。由圖3可知，酸性環境下的脫色率比堿性環境下的脫色率好，當pH為4時的脫色率可達69.7%。由于硅藻土表面硅羥基在水溶液中部分離解為≡Si—O-和H+ ，顯示一定的表面ζ電位，其表面ζ電位隨pH 而變化[14]。此次研究的染料為酸性大紅染料，屬陰離子型， 硅藻土顆粒表現出一定的負電性，在大多數pH范圍內硅藻土表面都帶負電，但在酸性條件下，由于硅藻土表面的羥基被質子化，帶正電。因此pH越低，硅藻土表面ζ電位越大，吸附量大。此次試驗中在pH 4時脫色率最佳。以下單因子試驗溶液pH調節為4。

2.4 振蕩時間對吸附性能的影響

脫色率隨振蕩時間的變化見圖4。由圖4可知，當振蕩時間為20 min時，脫色率為51.0%；當振蕩時間為40 min時，脫色率增大為59.0%；當振蕩時間為60 min時，脫色率增至63.0%；當振蕩時間為80 min時，脫色率略有增加，為68.0%；當振蕩時間為100 min時，脫色率基本保持不變。隨著吸附時間的延長，脫色率增加，原因可能是振蕩時間短時硅藻土與染料分子接觸不充分，吸附量未達到飽和；當振蕩時間為100 min，脫色率增幅不明顯，表明振蕩時間過長，吸附已經達到飽和。考慮到節能和處理效率，故取80 min為吸附的合適振蕩時間。

2.5 正交試驗結果分析

按L9（34）正交試驗設計進行試驗，結果見表2。根據極差分析可知，各因素對脫色率的影響為C>B>A>D，即pH的影響最大，其次是反應溫度，然后是硅藻土的用量，最后是振蕩時間。最佳水平組合為A1B3C1D3，即硅藻土的投加量為60 g/L，振蕩時間為100 min，pH 3，反應溫度為60 ℃。由于B1和B3、D1和D3脫色率差異不顯著，同時考慮到節能和處理效率，故將最佳水平組合修正為A1B1C1D1，在此條件下進行試驗，染料廢水的脫色率較佳，可達66.0%。

3 小結

從單因子試驗可以得出，硅藻土適宜投加量為80 g/L，40 ℃為脫色最佳溫度，在pH為4時脫色率最佳，80 min為脫色的最佳振蕩時間。從正交試驗中得出影響脫色率大小的因素依次為pH、溫度、硅藻土投加量、振蕩時間，最佳水平組合為A1B1C1D1，即當硅藻土的投加量為60 g/L，振蕩時間為60 min，pH 3，反應溫度為20 ℃，在此條件下進行試驗，染料廢水的脫色率較佳，可達66.0%。

參考文獻：

[1] 張 旭，陳 勝，孫德智.印染廢水生物法處理技術研究進展[J].長春工業大學學報，2009，30（1）：26-32.

[2] 楊書銘，黃長盾. 紡織印染工業廢水治理技術[M].北京：化學工業出版社，2005.

[3] 李家珍. 染料染色工業廢水處理[M]. 北京：化學工業出版社，1994.

[4] 金亮基，劉勇健，姜興華. 光催化在印染廢水深度處理中的應用研究[J].應用化工，2008，37（10）：1210-1213.

[5] 肖曉琴，胡予秋.印染廢水污染控制方法淺析[J]. 江西化工，2004，4（3）：6-11.

[6] RAMAKRISHNA K R，VIRARAGHAVAN T. Dye removal using low cost adsorbents[J]. Water Sci Technol，1997，36（2）：189-196.

[7] AKIN S，SCHEMBRE J M，BHAT S K，et al. Spontaneous imbibition characteristics of diatomite [J].Journal of Petroleum Science and Engineering[J].2000，25（3-4）：149-165.

[8] 羅智文. 改性硅藻土吸附廢水中氨氮和重金屬（鉻）的研究[D]. 重慶：重慶大學，2006.

[9] 黃成彥. 中國硅藻土及其應用[M].北京：科學出版社，1983.

[10] 胡兆揚. 非金屬礦工業手冊[M].北京： 冶金工業出版社，1992.

[11] AKYUZ S， AKYUZ T， OZER N M. FT-IR spectropic investigations of benzidine and bipyridyls adsorbed on diatomite from Anatolia[J].Journal of Molecular Structure，2001，34（6）：493-496.

[12] 于 滟，包亞芳.硅藻土在污水處理中的應用[J].云南環境科學，2003，22（1）：56-59.

[13] 楊宇翔，張亞匡，吳介達，等. 硅藻土脫色機理及其在印染廢水中應用的研究[J].工業水處理，1999，19（1）：15-17.

[14] 楊宇翔，吳介達，黃忠良，等.幾種硅藻土的表面電化學性質的研究[J].無機化學學報，1997，13（1）：11-15.