活性炭纤维处理染料废水的实验研究

摘　要:用活性炭纤维处理含有多种直接染料的模拟废水进行正交试验,分析了影响活性炭纤维处理染料废水的因素,初步确定了活性炭纤维处理直接染料废水的运行条件.通过对酸性铬蓝K的吸附实验,作出活性炭纤维对酸性染料的吸附等温线.实验结果表明,活性炭纤维对酸性染料的吸附符合弗兰德里希吸附.

　　染料废水主要来源于染料及染料中间体生产行业,由各种产品和中间体结晶的母液、生产过程中流失的物料及冲刷地面的污水等组成.我国的染料工业大部分是间歇操作,废水间断性排放,水质水量变化范围大.染料生产流程长,产品收率低,废水组分复杂、浓度高(COD为10³mg/L～10⁵mg/L)且色度深(5×10 ²倍～5×10⁵倍).染料废水处理的难点:一是原水COD高,而BOD/COD值较小,可生化性差;二是色度高,且组分复杂.

活性炭纤维(ACF)是有机纤维材料经碳化和活化制成的一种新型吸附材料,具有独特的物理和化学结构,比普通活性炭性能优越,吸附量大,机械强度高,吸附、脱附速度快,目前已用于水质净化、废水的常规处理和深度处理、回收废水中有用物质等方面,而且处理效果明显,应用价值高.活性炭纤维的应用范围虽然广泛,但未见活性炭纤维对染料废水处理的研究报道.本研究采用正交试验,分析了影响活性炭纤维处理不同染料废水的因素,确定了最佳运行条件.

1　实验材料与方法

1.1　实验材料和设备

活性炭纤维:粘胶剂活性炭纤维毡(南通永通环保科技有限公司生产),比表面积1000m2/g～2500m2/g,孔径2nm～20nm;染料取自郑州市棉纺厂印染车间:直接大红B—3G,直接耐晒蓝B—2V,直接深蓝B—2GL,直接艳红B—3BF,直接嫩黄B—4GLN.

仪器:VIS—7220型分光光度计(上海第三分析仪器厂);SHA—C型水浴恒温振荡器;PHS—2C型精密酸度计.

1.2　实验方法

1.2.1　染料最大吸收波长的测定

分别配置直接耐晒蓝、直接深蓝、直接大红、直接嫩黄、直接艳红的水溶液,以蒸馏水为参比,扫描染料的可见吸收光谱,找出最大吸收波长.实验用染料的最大吸收波长见表1.

1.2.2　水处理实验

把活性炭纤维剪成大小不同的正方形,称取一定量的活性炭纤维于碘量瓶中,加入20mg/L的染料溶液100mL,调节适当的pH值,在恒温振荡器上振荡吸附,隔一定时间取样离心分离后测吸光度.计算色度去除率,以色度去除率作为评价指标.

色度去除率%=处理后水样吸光度÷原水样吸光度×100%

1.2.3　吸附等温线的测定

分别于6个碘量瓶中加入50mg/L的酸性铬蓝K溶液100mL,然后加入不同质量的活性炭纤

维.在恒温振荡器上振荡24h,测定其吸光度.计算平衡浓度Ce和饱和吸附量q.

饱和吸附量q(mg/g)=(C0-Ce)×V染液/m,

式中,C0为染料溶液的原始浓度(mg/L);Ce为染液的平衡浓度(mg/L);V染液为染液的体积(L);m为ACF在溶液中的投加量(g).

2　结果与讨论

2.1正交实验结果

一般认为,影响染液脱色效果的因素有染料种类、活性炭纤维的块径、固液比(每升溶液投加活性炭纤维的质量)、pH值、反应时间等.本研究就上述5个因素选用5个水平,用L25(5 ⁵)正交表进行分析.实验因素水平见表2,按表2所做实验结果见表3.

由表3可以看出,各因素对染料脱色率影响的主次顺序为染料的种类>固液比>pH值>粒径>反应时间;按染料脱色效果,可以初步确定处理条件为固液比3.0g/L,pH=4,粒径为1.2cm,反应时间为6.5h.

在正交试验中,活性炭纤维对直接染料的处理效果均不太好,脱色率最高只有60%.

2.2　活性炭纤维对酸性铬蓝K的吸附

活性炭纤维对直接染料的处理效果不佳,我们用活性炭纤维对酸性铬蓝K染料液进行脱色实验.

取浓度为50mg/L的酸性铬蓝K溶液100mL,在上述优化条件下进行振荡吸附,隔一定时间取样,离心分离后测吸光度.计算色度去除率,以色度去除率对吸附时间作图,见图1.

由图1可见,活性炭纤维对酸性铬蓝K的吸附量在1.5h时就达90%,2h时基本达到平衡,色度去除率达92%以上.由此可知,活性炭纤维对酸性铬蓝K的处理效果要比直接染料好得多,吸附速度也较快.

2.3　弗兰德里希吸附等温式

按1.2.3所述的方法,得到ACF投加量与染液平衡浓度之间的关系,见表4.

　　据表4中数据,以lgq对lgCe作图,进行弗兰德里希吸附等温曲线的拟合,见图2.

对曲线进行线性回归得直线方程,活性炭纤维对酸性铬蓝K的吸附符合弗兰德里希吸附,吸附方程为

y= 1.6738x - 0.3414, R ²=0.9945.

上式中,截距=lgk,斜率=1/n,则计算可得q=kC ^1/n=0.4556C ^1.6738

.一般认为,常数k与吸附容量有关,1/n与吸附强度有关.1/n值越小,吸附性能越好;k值越大,吸附容量越高.当1/n>2时,难以吸附.由活性炭纤维对酸性铬蓝K的吸附方程可知,活性炭纤维对酸性铬蓝K较易于吸附,但吸附量不太大.这是因为染料分子比较大,结构比较复杂,而活性炭纤维以微孔为主,虽比表面积较大,但孔径较小,染料分子不易进入内孔,所以活性炭纤维内表面不能充分利用,使得其对染料分子的吸附量相对较小.

3　结论

利用活性炭纤维处理染料模拟废水,正交实验结果表明,影响吸附的主次顺序为染料的种类>固液比>pH值>粒径>反应时间.活性炭纤维对酸性染料的吸附效果优于直接染料,其吸附等温线符合弗兰德里希吸附.