ZSM-5沸石分子篩吸附模擬廢水中對苯二酚的研究

張 丹，李君華

(遼寧工業大學化學與環境工程學院，遼寧錦州 121001)

對苯二酚，又名氫醌，是重要的有機中間體，作為一種常見的工業污染物，具有極強的生物毒性，成人誤服1 g，會出現頭痛、惡心、窒息等，皮膚接觸可引起皮炎使皮膚色素脫失［1-2］。含酚廢水是工業有機廢水中最普遍具有代表性的一類，即使在低濃度下對人體及微生物也有毒害作用。因此，如何有效治理含對苯二酚的廢水，減少環境污染，具有重要的現實意義。吸附法經常被用于去除水中的有機污染物［3-7］，與傳統的吸附劑相比較，ZSM-5沸石分子篩孔容積和空隙率較大，具有較強的吸附能力。因此本文選用ZSM-5沸石分子篩作為吸附劑，研究其對水中對苯二酚的吸附性能。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

正硅酸乙酯、四丙基氫氧化銨、偏鋁酸鈉、對苯二酚、氫氧化鈉、硫酸均為分析純;實驗用水均為去離子水。

SHA-CA水浴恒溫振蕩器;UV757CRT721型紫外可見分光光度計。

1.2 ZSM-5的合成與表征

稱取0.29 g偏鋁酸鈉置于錐形瓶中，加入21 mL蒸餾水攪拌溶解后，再加入15 mL四丙基氫氧化銨至透明，最后緩慢加入11.2 mL正硅酸乙酯，攪拌約5 h得一清液，將此清液轉入聚四氟乙烯反應釜中于160℃水熱晶化140 h，晶化結束后將產物過濾、洗滌、干燥、550℃馬弗爐焙燒后，所得白色粉末即為ZSM-5。

所得ZSM-5沸石分子篩的XRD譜圖見圖1，所得材料為典型的ZSM-5沸石分子篩。

圖1 ZSM-5沸石分子篩的XRD譜圖Fig.1 XRD spectra of ZSM-5 zeolite molecular sieve

1.3 吸附實驗

稱取0.050 0 g對苯二酚，用去離子水溶解并定容于1 000 mL容量瓶中，配制質量濃度為50 mg/L的模擬廢水，搖勻、靜置。取50 mL C0=50 mg/L的模擬廢水于錐形瓶中，加入0.4 g ZSM-5，調節pH=6，放入恒溫振蕩器中振蕩60 min，取上層清液采用紫外可見分光光度計在290 nm處分析對苯二酚的含量。利用下列公式計算去除率(E):

式中 C0——對苯二酚起始質量濃度，mg/L;

Ce——吸附后對苯二酚剩余質量濃度，mg/L。

2 結果與討論

2.1 吸附時間對吸附的影響

取5個錐形瓶分別加入50 mL模擬廢水(C0=50 mg/L)，并分別加入ZSM-5沸石分子篩0.5 g，pH值為7.0，設置振蕩器的溫度為35℃，振蕩時間分別為 30，45，60，90，120 min，離心分離，離心后測其吸光度，并計算對苯二酚的去除率，吸附時間與去除率的關系曲線見圖2。

由圖2可知，隨著吸附時間的延長，對苯二酚的去除率逐漸升高，60 min時去除率達到65.64%，繼續延長吸附時間，去除率幾乎不變。這是由于廢水中的對苯二酚初始濃度大，ZSM-5沸石分子篩吸附點位周圍有很高濃度的對苯二酚，吸附速率大于解吸速率，所以開始時去除率上升，達到吸附平衡后，廢水中對苯二酚的濃度變化不大，趨于平穩。

圖2 吸附時間對吸附對苯二酚的影響Fig.2 Effect of adsorption time on adsorption of hydroquinone

2.2 吸附劑用量對吸附的影響

取5個錐形瓶分別加入50 mL模擬廢水(C0=50 mg/L)，向其中分別加入 0.1，0.2，0.3，0.4，0.5 g的ZSM-5沸石分子篩，設置振蕩器的溫度為35℃，振蕩時間為60 min，pH值為7.0。離心分離，離心后測其吸光度，并計算去除率。投加量與去除率的關系曲線見圖3。

圖3 吸附劑用量對吸附的影響Fig.3 Effect of adsorbent amount on adsorption of hydroquinone

由圖3可知，對苯二酚的去除率隨著吸附劑使用量的增加而逐漸升高，當吸附劑用量為0.4 g時，對苯二酚的去除率達到65.78%;繼續增大吸附劑用量，去除率變化不大。這是由于在溶液濃度一定時，吸附劑用量少，吸附的活性位少，使得對苯二酚的去除率也較低，隨著吸附劑使用量的逐漸增加，吸附活性位也增多，去除率也逐漸增大，但是當吸附劑為0.4 g時，吸附活性位已經足夠多，能夠對50 mg/L的對苯二酚進行很好的吸附，此時吸附幾乎已經達到平衡，再繼續增加吸附劑用量，對吸附效果影響不大。所以，最佳的吸附劑用量為0.4 g。

2.3 溫度對吸附的影響

取5個錐形瓶分別加入50 mL模擬廢水(C0=50 mg/L)，并分別加入ZSM-5沸石分子篩0.4 g，在恒溫振蕩器中振蕩時間為60 min，pH值為7.0，調節振蕩器的溫度為 25，30，35，40，45，50 ℃，然后離心分離，離心后測其吸光度，并計算對苯二酚的去除率。吸附溫度與去除率的關系曲線見圖4。

圖4 吸附溫度對吸附的影響Fig.4 Effect of adsorption temperature on adsorption of hydroquinone

由圖4可知，隨著溫度的升高，去除率先上升后下降，在35℃時去除率達到最大。原因可能是開始時ZSM-5沸石分子篩對對苯二酚的吸附主要是化學吸附，所以吸附速率隨著溫度的升高而加快，之后，ZSM-5沸石分子篩對對苯二酚的吸附主要是物理吸附，并且隨著溫度的升高吸附性能降低。因此，最佳溫度為35℃。

2.4 p H值對吸附的影響

分別加入質量濃度為50 mg/L的模擬廢水50 mL于 5個錐形瓶中，用1 mol/L的硫酸和1 mol/L的氫氧化鈉調節 pH 值分別為4.0，5.0，6.0，7.0，8.0，加入 0.4 g ZSM-5 沸石分子篩，設置振蕩器的溫度為35℃，振蕩時間為60 min，然后離心分離，離心后測其吸光度，并計算去除率。pH值與去除率的關系曲線見圖5。

圖5 pH值對對苯二酚吸附的影響Fig.5 Effect of pH value on adsorption of hydroquinone

由圖5可知，對苯二酚溶液的pH值直接影響著ZSM-5沸石分子篩的吸附。當溶液4＜pH＜8時，去除率隨著pH值的變化出現一個峰值。在pH值為6.0時，去除率最大，達到了68.28%。這可能是由于在酸性較高的條件下，由于 H+較多，會占據ZSM-5沸石分子篩的吸附點位，對苯二酚的吸附減少，去除率較低;當溶液為堿性時，對苯二酚解離的多，以陰離子形式存在而不利于ZSM-5沸石分子篩對對苯二酚的吸附，所以有一個最佳的pH值。

3 結論

(1)ZSM-5沸石分子篩合成過程簡單易行，處理對苯二酚廢水操作簡單，吸附效果好，具有較好的應用前景。

(2)用ZSM-5沸石分子篩吸附廢水中的對苯二酚，其最佳條件為:吸附溫度為35℃，吸附時間為60 min，對苯二酚溶液 pH值為6，吸附劑用量為0.4 g。此時，對苯二酚的去除率最高，達到了68.28%。

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