改性伊利石對活性紅KD-8B的吸附研究

王秀平，黃曉東，陳小丹，邱 彬

(1.福州大學化學化工學院，福建 福州 350108；2.閩江學院化學與化學工程系，福建 福州 350108)

隨著我國紡織行業的發展，越來越多的染料廢水排放到水體環境中，破壞了自然水體。目前染料廢水的處理方法主要有：絮凝法[1]，吸附法[2-3]，氧化法(化學氧化[4]，光催化法[5]，微波協同法[6])，膜法[7-8]等。考慮到處理的成本與效果，吸附法為首選方法。

伊利石是一種富鉀、高鋁的層狀含水硅酸鹽類礦物，具有比表面大、離子交換能力強等性質, 因而可用于環境污染物的吸附。目前伊利石吸附處理環境污染物主要有：金屬陽離子[9]、苯酚[10]等。但未見伊利石吸附染料的報道。本文采用殼聚糖改性伊利石，制備新型改性伊利石吸附劑，研究其對陰離子染料活性紅KD-8B的吸附性能。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

活性紅KD-8B(上海浦東化中染化有限公司)，伊利石(河南中和礦業有限公司)，殼聚糖(國藥集團化學試劑有限公司)，試驗中所用溶液均用超純水配制。

1.2 試驗儀器

微型植物粉碎機(天津市泰斯特儀器有限公司)，電熱恒風鼓風干燥箱(上海精宏實驗設備有限公司)，SHA-C型水浴振蕩器(鞏義市予華儀器有限責任公司)，UV-2550數顯紫外可見分光光度計(日本島津公司)。

1.3 伊利石負載殼聚糖的制備

在600mL燒杯中加入5%冰乙酸100mL，稱取(0.3～1.7g)殼聚糖，邊快速攪拌溶液邊緩慢的加入殼聚糖，攪拌直到得到透明、無硬塊的殼聚糖溶液。再將10g的伊利石緩慢加入殼聚糖溶液中，攪拌至充分浸潤后再攪拌20min。加入6mol/L NaOH溶液，調節pH值＝10左右，得到凝聚物。用去離子水洗滌糊狀物至濾液成為中性，過濾，洗滌，烘干，即得不同殼聚糖負載量的伊利石吸附劑。

1.4 靜態吸附試驗

稱取一定質量的改性伊利石于250mL具塞錐形瓶中，加入25mL不同濃度的活性紅KD-8B模擬廢水，振蕩一定時間后離心分離，在最大波長524.5nm處用分光光度計分析濾液中剩余活性紅KD-8B的濃度，計算吸附平衡容量qe和去除率R，公式如下：

式中：qe為平衡吸附容量(mg/g)；C0和Ce為活性紅K D-8 B初始質量濃度和吸附平衡后的質量濃度(mg/L)；V為活性紅KD-8B的體積(mL)；m為改性伊利石的質量質量(g)；R為去除率(%)。

2 結果與討論

2.1 殼聚糖負載量的影響

稱取負載量為0.3～1.7g，吸附劑0.3g，于250 m L錐形瓶中，加入600 m g/L活性紅K D-8 B 25mL，按靜態吸附試驗方法，考察殼聚糖負載量對活性紅KD-8B去除率的影響，結果見圖1。

圖1 殼聚糖負載量的影響

由圖1可知，隨著殼聚糖負載量的增大，去除率不斷增大，當負載量為1.3g時，去除率達到最大值，負載量繼續增大對去除率影響不大。這是因為低負載量時，伊利石表面未被殼聚糖充分覆蓋，伊利石表面負電荷與活性紅KD-8B分子中陰離子-SO32-基團產生靜電相斥，吸附量小，去除率低，隨著殼聚糖負載量增高，伊利石表面負電荷逐漸減少，而殼聚糖上-NH3+逐漸增加，因而對吸附有利。因此，殼聚糖負載量選為1.3g。

2.2 初始pH值對吸附的影響

稱取改性伊利石0.3g于250mL具塞錐形瓶中，加入不同pH值(用0.1mol/L HCl和0.1mol/L NaOH調節溶液)250mg/L活性紅KD-8B 25mL。按靜態吸附試驗方法，考察初始pH值對吸附的影響，結果見圖2。

圖2 初始pH值對吸附的影響

由圖2可知，在酸性條件下吸附量較大，pH值＝5時，去除率最大。這是因為酸性條件下，活性紅KD-8D上的-SO32-與殼聚糖上的-NH3+靜電相吸,有利于吸附的進行；但當酸性過強，去除率下降明顯，這可能是因為在強酸性條件下，殼聚糖產生酸溶解現象，不利于吸附的進行。因此，初始pH值＝5為最佳吸附條件。

2.3 吸附劑用量的影響

吸附劑用量的影響如圖3所示。

圖3 吸附劑用量的影響

由圖3可知，隨著吸附劑量的增加，去除率不斷增加，當吸附劑量為0.6g時，去除率趨于穩定，為了節約吸附劑，后續試驗選擇吸附劑量為0.6g。

2.4 吸附動力學

按靜態吸附試驗方法，考察不同起始濃度的活性紅KD-8D在不同時間吸附效果，結果見圖4。

圖4 吸附的動力學曲線

由圖4可知，初始吸附速率很快，在0～30min內，吸附速率增加很快，隨后增加緩慢，120min后達到平衡。

吸附動力學數據通常可分別用準一級動力學方程(3)和準二級動力學方程(4)擬合。

式中：k1為準一級速率常數(min)；k2為準二級速率常數(g/mg·min)；qt和qe分別為時間t 和平衡時的吸附量(mg/g)。

準一級和準二級動力學方程參數見表1。由表1可知，準二級方程的相關系數高于準一級方程的相關系數，且準二級方程qe值與試驗值較為接近，這表明吸附動力學符合二級反應動力學模型。

表1 準一級和準二級動力學方程參數

2.5 吸附等溫線線性模型

圖5為不同溫度的吸附等溫線，對吸附平衡數據可分別用Langmuir方程(5)和Freundlich方程(6)進行擬合。

圖5 不同起始濃度的吸附等溫線

式中：Ce為活性紅KD-8B的平衡濃度(mg/L)；qe為改性伊利石的平衡吸附量 (mg/L)；qm為改性伊利石的飽和吸附量(mg/g)；b為Langmuir常數(L/mg)；K、n為Freundlich參數。

Langmuir和Freundlich吸附等溫式的擬合參數見表2。由表2可知，Langmuir方程擬合優于Freundlich方程。qm與b隨著溫度升高而增大，說明該吸附過程為吸熱過程。

表2 不同起始濃度的吸附等溫線模型參數

3 結論

伊利石經殼聚糖改性后，在溶液pH值＝5、殼聚糖負載量為1.3g、吸附劑用量為0.6g時，活性紅KD-8B去除率可達92.7%。吸附過程動力學方程符合準二級反應動力學模型，吸附等溫線用Langmuir方程的擬合效果優于Freundlich方程擬合效果。

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