對(duì)印染廢水中甲基橙去除的新方法研究

黃 捷

（紹興市第一初級(jí)中學(xué) 浙江紹興 312000）

對(duì)印染廢水中甲基橙去除的新方法研究

黃 捷

（紹興市第一初級(jí)中學(xué) 浙江紹興 312000）

本文主要研究了碳納米管-鐵氧化物磁性復(fù)合材料（磁性碳納米管）在吸附處理甲基橙方面的應(yīng)用。分別研究了甲基橙初始濃度、吸附劑投加量、吸附時(shí)間、溶液溫度和pH值等工藝條件對(duì)甲基橙吸附率的影響。結(jié)果表明，在甲基橙初始濃度為2 mg/L，吸附劑投加量4 g/L，吸附時(shí)間30 min，pH值為3的條件下，吸附率達(dá)到了63.99%。磁性碳納米管吸附甲基橙的吸附率隨著吸附劑的用量增大而增大；在20 min以前，甲基橙的吸附率隨著時(shí)間的增加而增大，到達(dá)30 min后吸附率基本保持不變；甲基橙的吸附率隨著起始甲基橙的濃度的增加而減小。另外，酸性溶液有利于磁性碳納米管吸附甲基橙，隨著pH的增大吸附率逐漸減小，當(dāng)溶液呈堿性時(shí)，pH對(duì)吸附率的影響逐漸減小。

磁性碳納米管；甲基橙；吸附去除

前言

隨著化工企業(yè)的興起，工業(yè)廢水也越來(lái)越多。我國(guó)主要的工業(yè)廢水來(lái)源于印染廢水，它的污染物主要包括染料，成分非常復(fù)雜，這些染料一般具有復(fù)雜的芳環(huán)結(jié)構(gòu)，并具有難分解、毒性大等特點(diǎn)。如果不經(jīng)過(guò)處理就排放印染廢水，就會(huì)污染環(huán)境。因此，選擇一個(gè)合理的處理印染廢水的方法非常重要。目前，治理印染廢水的方法主要有吸附法、氧化法、絮凝法、電化學(xué)法、膜分離法、生化法等，其中吸附法因其能耗低、工藝簡(jiǎn)單、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)有著廣泛的應(yīng)用[1,2]。碳納米管因?yàn)槠渚哂蟹浅Ｌ貏e的管狀結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，并且具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性，因此在處理印染廢水中被廣泛應(yīng)用。但是碳納米管不易回收利用，再生費(fèi)用高，在大規(guī)模化應(yīng)用受到了極大的限制，所以找到一個(gè)如何有效分離吸附劑的方法是目前主要研究的方向。將碳納米管做成磁性碳納米管，利用磁分離技術(shù)回收，具有安全、省時(shí)、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)[3,4]。為此，本文將應(yīng)用磁分離技術(shù)研究碳納米管吸附去除甲基橙的性能。考察甲基橙濃度、吸附劑投加量、吸附時(shí)間、pH值等眾多因素對(duì)吸附的影響，并探究了整個(gè)工藝的最佳使用條件。該工藝操作簡(jiǎn)單方便、易于控制、成本低、吸附劑回收方便。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 試劑與儀器

碳納米管(CNTs)(CNT102型，深圳比爾科技公司)，六水合氯化鐵(≥99.0%，湖北盛世環(huán)保科技有限公司)，七水合氯化亞鐵(≥99.0%，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司)，氫氧化鈉(≥97.0%，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司)，濃鹽酸(≥96.0%，鞏義市威泰凈水材料有限公司)，甲基橙(≥99.0%，浙江三鷹化學(xué)試劑有限公司)。

冷凍離心機(jī)(GTR16-2型，北京時(shí)代北利離心機(jī)有限公司)，pH計(jì) (pHB-3，上海三信儀表廠)，電子天平(AB204-N，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司)，恒溫水浴鍋(HH-501型，常州中捷實(shí)驗(yàn)儀器制造有限公司)，可見(jiàn)分光光度計(jì)(722型，上海光譜儀器有限公司)，移液管(上海東星建材實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)。

2.2 碳納米管-鐵氧化物磁性復(fù)合材料制備

在氧化碳納米管表面采用Fe2+和Fe3+的共沉淀法制備得到磁性碳納米管。具體操作如下：稱取2g氧化碳納米管（用3 mol·L-1HNO3氧化處理過(guò)表面官能基團(tuán)化的碳納米管）配成500mL懸浮液，用超聲分散溶解。再稱取2.98 g的FeCl3·6H2O 和 1.53 g的 FeSO4·7H2O并配制成20.0 mL溶液。并配制0.5 mol·L-1的NaOH溶液30.0 mL。在70℃恒溫條件下，通入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體，將20.0 mL的Fe3+/Fe2+溶液和30.0 mL的NaOH溶液逐滴滴入500.0 mL的氧化碳納米管懸浮液中，滴加完后，調(diào)節(jié)介質(zhì)pH到11.0左右，繼續(xù)攪拌1小時(shí)左右，在70℃下老化4小時(shí)后過(guò)濾，并用去離子水洗滌，烘干后研磨備用[4]。

2.3 測(cè)定方法

利用pHB-3型pH計(jì)測(cè)定pH值。利用722型可見(jiàn)光分光光度計(jì)測(cè)定甲基橙溶液的最大吸光度。具體步驟如下：量取反應(yīng)后的溶液5mL,用GTR16-2型高速冷凍離心機(jī)在2000r/min離心10min，取上層清液置于比色皿中，用分光光度計(jì)測(cè)出最大吸光度。甲基橙去除率的計(jì)算：MO 去除率=（C0-Cc）/C0×100%，式中 C0 為吸附前MO的質(zhì)量濃度，Cc為吸附后MO的質(zhì)量濃度。吸附量的計(jì)算：Q=(C0-CC)V/WCNTs，式中Q為磁性碳納米管對(duì)甲基橙溶液的吸附量（mg·g-1）；C0和CC分別為吸附前、吸附后甲基橙溶液的質(zhì)量濃度（mg·L-1）；V為加入的甲基橙的體積（L）；WCNTs為加入的磁性碳納米管的質(zhì)量（g）[5]。

3 結(jié)果與討論

3.1 甲基橙初始濃度對(duì)吸附的影響

分別配制質(zhì)量濃度為2.0 mg/L、5.0 mg/L、7.0 mg/L、10.0 mg/L的甲基橙溶液，在室溫下，攪拌速度不變、吸附劑投加量不變（2.0g/L）、吸附反應(yīng)時(shí)間設(shè)為30 min和pH=6.0的條件下，取上層清液測(cè)其吸光度，其結(jié)果如圖1所示。如圖1所示，磁性碳納米管對(duì)水中甲基橙的吸附隨著甲基橙初始濃度的增大而減小，在甲基橙初始濃度分別為 2.0 mg/L、5.0 mg/L、7.0 mg/L、10.0 mg/L 時(shí)，吸附劑對(duì)甲基橙的去除率分別為47.09%、44.33%、4.64%、4.66%。當(dāng)甲基橙初始濃度為2.0 mg/L時(shí)，吸附劑對(duì)甲基橙去除率達(dá)到最高，達(dá)到了47.09%。綜合上述考慮，確定了最佳甲基橙初始濃度為2.0 mg/L。

圖1 甲基橙初始濃度對(duì)吸附的影響

3.2 吸附劑投加量對(duì)吸附的影響

圖2 吸附劑投加量對(duì)吸附的影響

在室溫下，控制攪拌速度不變，甲基橙初始濃度不變（5.0mg/L）、吸附反應(yīng)時(shí)間設(shè)為30min和pH=6.0的條件下，磁性碳納米管的濃度設(shè)為：0.5g/L、1.0g/L、2.0g/L、3.0g/L、4.0g/L,取上層清液測(cè)其吸光度，其結(jié)果如圖2所示。如圖2所示，磁性碳納米管對(duì)水中甲基橙的吸附隨著吸附劑濃度的增大而增大，在吸附劑濃度分別為0.5g/L、1.0g/L、2.0g/L、3.0g/L、4.0g/L 時(shí)，吸附劑對(duì)甲基橙的去除率分別為27.68%、32.50%、44.33%、52.36%、63.99%。當(dāng)磁性碳納米管濃度為4.0g/L時(shí)，吸附劑對(duì)甲基橙去除率達(dá)到最高，達(dá)到了63.99%。綜合上述考慮，確定了最佳吸附劑濃度為4.0g/L。

3.3 吸附時(shí)間對(duì)吸附的影響

圖3 吸附時(shí)間對(duì)吸附的影響

在室溫下，攪拌速度不變，甲基橙初始濃度不變（5.0mg/L）、吸附劑投加量不變（2.0g/L）和 pH=6.0的條件 下 ， 吸 附 時(shí) 間 設(shè) 為 ：5min、10min、15min、20min、30min、40min、60min，取上層清液測(cè)其吸光度，其結(jié)果如圖3所示。如圖3所示，磁性碳納米管對(duì)甲基橙的吸附隨著時(shí)間的增大而增大，但在30min后基本保持不變，在吸附時(shí)間分別為 5min、10min、15min、20min、30min、40min、60min時(shí)，吸附劑對(duì)甲基橙的去除率分別為 35.91%、39.92%、43.73%、42.33%、44.33%、45.14%、46.34%。當(dāng)吸附時(shí)間為30min時(shí)，吸附劑對(duì)甲基橙去除率基本已達(dá)到最高，達(dá)到了44.33%。綜合上述考慮，確定了最佳吸附時(shí)間為30min。

3.4 溶液pH值對(duì)吸附的影響

在室溫下，控制攪拌速度不變，甲基橙初始濃度不變（5.0 mg/L）、吸附劑投加量不變（2.0 g/L）和吸附反應(yīng)時(shí)間設(shè)為30 min的條件下，調(diào)節(jié)甲基橙溶液初始pH為 3.0、5.0、7.0、8.0、10.0，取上層清液測(cè)其吸光度，其結(jié)果如圖4所示。如圖4所示，磁性碳納米管對(duì)甲基橙的吸附隨著pH值的增大而減小，但在堿性溶液中磁性碳

圖4 溶液pH值對(duì)吸附的影響

納米管對(duì)甲基橙的吸附隨pH的變化影響不大，在溶液pH 值分別為 3.0、5.0、7.0、8.0、10.0 時(shí)，吸附劑對(duì)甲基橙的去除率分別為 50.35%、25.88%、25.08%、28.69%、26.28%。當(dāng)控制溶液pH值為3.0時(shí)，吸附劑對(duì)甲基橙去除率達(dá)到最高，達(dá)到50.35%。綜合上述考慮，確定了最佳pH值為3.0。

3.5 磁性碳納米管對(duì)甲基橙溶液的吸附等溫線

圖5 磁性碳納米管對(duì)甲基橙溶液的吸附等溫線

從圖5中可以看出，磁性碳納米管對(duì)水中甲基橙的吸附隨著水中甲基橙溶液濃度的增加而增大，且溫度越高，同一甲基橙濃度下吸附量越大。隨著水中甲基橙溶液濃度的增大，吸附量逐漸增大，但是甲基橙濃度到達(dá)一定程度后，吸附量漸漸保持不變，趨向于穩(wěn)定。這表明此次研究符合Langmuir方程。

結(jié)論

本研究提出了用碳納米管-鐵氧化物磁性復(fù)合材料吸附去除甲基橙的工藝。采用了液相共沉淀法制備吸附劑碳納米管-鐵氧化物磁性復(fù)合材料。探索了磁性碳納米管對(duì)甲基橙處理效果的主要因素，確定了吸附劑投加量4 g/L，吸附時(shí)間30 min，pH值為3的條件下，吸附率達(dá)到了63.9%。本研究的用磁性碳納米管吸附甲基橙工藝可以較好的處理印染廢水污染問(wèn)題。同時(shí)，利用碳納米管-鐵氧化物磁性復(fù)合材料的鐵磁性，可以比較方便地回收利用吸附劑，降低了該工藝的成本，使得印染企業(yè)可以更加快速的發(fā)展。

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