糠醛渣对刚果红吸附能的研究.doc

糠醛渣对刚果红吸附性能的研究摘 要以刚果红染料为吸附对象，研究了糠醛渣对含刚果红染料废水的吸附特性，考察了震荡时间、吸附剂添加量、温度和pH对糠醛渣吸附刚果红的影响。结果表明，随着吸附时间的延长，糠醛渣对刚果红吸附性能愈佳，在60min左右，吸附率达到85.55%，吸附基本达到平衡。糠醛渣对刚果红的吸附率随着糠醛渣的添加量的增加而增高，在1.20g时就已达到91.99%。温度愈高，吸附率愈高，表明糠醛渣对刚果红的吸附是吸热反应。pH对糠醛渣吸附刚果红的吸附效率影响不大。对实验数据运用相关数学模型拟合，显示吸附过程动力学更适合二级吸附动力学模型，等温吸附平衡符合Langmuir吸附等温式。关键词：糠醛渣，刚果红，吸附率，废水处理Study on Furfural residue in Congo red adsorption propertiesAbstractStudy Congo red dye as the adsorption object, Furfural residue is studied the adsorption characters of dye wastewater in this paper. Examines the oscillation time, adsorbent amount, adsorption temperature and and pH on the furfural slag to Congo red,and test the adsorption isotherms. The experimental results show that with the extension of adsorption time, furfural slag increases adsorption capability for Congo red, About 60 min, the adsorption rate of 85.55%,achieve basic equilibrium adsorption. Furfural residue of Congo red decolorization rate as the furfural slag and increased with the increase of adding amount of, in the 1.2 g when it has reached to 91.99%. The higher the temperature, the higher the adsorption, which indicating that the furfural residue on the adsorption of Congo red is an endothermic reaction. pH on the adsorption of furfural residue Congo red adsorption efficiency have little effect. The use of a mathematical model fitting the experimental data indicate that the adsorption kinetics more suitable for two adsorption kinetics model, The adsorption isotherm balance in line with the Langmuir adsorption isotherm.Key words：Furfural residue，Congo red，the adsorption rate，wastewater treatment目 录前言11材料与方法11.1材料11.1.1试验材料与试剂11.1.2主要仪器112方法.11.2.1糠醛渣的预处理21.2.2试验方法22 结果与分析22.1各因素对吸附率的影响22.1.1吸附动力学22.1.2吸附剂添加量对吸附率的影响42.1.3温度对吸附率的影响42.1.4不同pH值对吸附率的影响52.1.5吸附等温线63结论8参考文献9致谢10引言社会的进步，推动着化学工业的发展，但在发展过程中工业废水也在不断增加，主要的有害染料废水则是工业废水之一。染料工业在生产中排放大量的废水（液），如不加以处理直接排放，势必会对水源、土壤等环境造成污染，有时也会浪费掉其中所含的有用物质1。染料废水具有水量大、色度高、有机物浓度高、成分复杂、水质变化频繁等特点2,3，很难采用常规方法进行治理，一直是工业污水处理中的难点。因此，治理染料废水仍是我国目前面临的重要而又艰巨的环境保护工作之一。常规的染料处理方法有很多，主要有氧化4、絮凝5、活性炭吸附6及生物膜法处理7，这些方法各有优缺点。但处理成本以及处理效果仍然是处理染料废水的主要限制因素，吸附法是上述废水处理主要方法之一，而吸附剂的多孔性和较大的比表面积是衡量吸附剂吸附效果的主要因素，活性炭是目前最广泛的应用的吸附剂之一，但是由于活性炭的高价格和高操作费用以及再生产等问题，使该项技术难以得到推广，人们期望能找到廉价易得、处理成本低且处理效果好的材料用于处理染料废水。糠醛渣是生物类物质如玉米芯、玉米杆、稻壳以及农副产品加工生产糠醛所产生的废弃物。据估计，每生产1t 糠醛排出约1215 t 废渣8，糠醛渣作为一种生物类废弃物，其盐分含量高、呈酸性，大量堆积会对大气，土壤，河流等产生污染。但因其含有大量的纤维素，半纤维素，木质素。而且产量大，价格便宜来源广泛，因此具有很好的再利用价值，以糠醛渣做为吸附剂对含有刚果红染料废水的吸附具有明显的优势，并且合理地资源化利用糠醛渣，消除其对环境的污染，同时增加糠醛渣的经济附加值，实现了经济效益和社会效益以及环境效益的三效合一。1 材料与方法1.1 材料1.1.1 试验材料与试剂 糠醛渣、刚果红以及实验所需试剂均为分析纯。1.1.2 主要仪器 主要仪器：DHG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏实验设备有限公司）；电子分析天平；BSIE型振荡培养箱(常州国华电器有限公司); VIS7220型可见分光光度计(北京瑞利分析仪器公司)。1.2 方法1.2.1 糠醛渣的预处理糠醛渣取自河南玉源化工有限公司。首先将糠醛渣在自来水的冲洗下冲洗掉表面所含杂质，再用蒸馏水冲洗糠醛渣表面颗粒物，然后将其放入103105烘箱中烘烤去除其水分和挥发性杂质，最后冷却并磨碎备用。1.2.2 试验方法取一组250mL锥形瓶，分别加入准确称量的糠醛渣，再分别加入50mL浓度为50mg/L的刚果红溶液，在一定温度下，放入电热鼓风干燥箱，以150r/min 震荡一定时间后过滤,于497nm波长处测定其吸光度,计算溶液浓度及糠醛渣对刚果红的脱色率。水溶液中刚果红浓度采用分光光度计，波长为497nm。A0： 表示处理前的吸光度；A： 表示处理后的吸光度。2 结果与分析2.1 各因素对吸附率的影响2.1.1 吸附动力学称取0.500g糠醛渣7份，分别加入浓度为50mg/L的刚果红溶液50mL，在25的恒温振荡箱中以150r/min 分别振荡10、20、30、45、60、90、120min后过滤，取滤液测定溶液吸光度。糠醛渣在不同时间内对刚果红吸附的结果见图1。图1 震荡时间对刚果红吸附率的影响由图1可以看出，在040min内，糠醛渣对刚果红的吸附率迅速增加，在60120min内糠醛渣对刚果红的吸附率增加速度明显减缓；当接触时间为20min时吸附率即可达到81.51%，吸附量为4.08mg/g。由此我们看出糠醛渣对刚果红的吸附效果良好；当时间为120min时达到最大吸附率为87.58%，吸附量达到4.38mg/g；但由图1明显看出，当吸附时间在60min左右已基本达到吸附平衡；此时的吸附率为86.55%，吸附量为4.32mg/g，此后延长时间对吸附效果影响不大；因此最佳吸附脱色效果的时间为60min。吸附过程的动力学研究主要是用来描述吸附剂吸附溶质的速率快慢，通过动力学模型对数据进行拟合，从而探讨其吸附机理。Lagergren一级吸附速率方程和二级吸附速率方程是普遍应用的两种吸附动力学速率方程。基于固体吸附量的Lagergren一级吸附速率方程的线性形式为：式中：qt为t时吸附量（mg/g）；qe为平衡时吸附量（mg/g）；k1为一级吸附速率常数（1/min）。 基于固体吸附量的二级吸附速率常数方程的线性形式为：式中：qt为t时吸附量（mg/g）；qe为平衡时吸附量（mg/g）；k2为二级吸附速率常数（1/min）。将不同吸附时间糠醛渣吸附刚果红的数据分别用Lagergren一级吸附速率方程和二级吸附速率方程进行线性回归，根据吸附动力学方程所求出的动力学参数见表1。表1 糠醛渣吸附刚果红的动力学参数qe(mg/g)一级吸附速率方程二级吸附速率方程k1(min-1)qe.c(mg/g)R2K2(min-1)qe.c(mg/g)R24.3270.1051.4370.9750.1654.4331由表1可以看出：糠醛渣的吸附数据用二级吸附速率方程回归的线性相关系数明显大于Lagergren一级吸附速率方程，且由方程计算得出的平衡吸附量（qe.c）与实验所得平衡吸附量qe非常接近。说明糠醛渣对刚果红的吸附符合二级吸附速率方程。这是因为，尽管Lagergren一级吸附速率方程已经广泛地应用于各种吸附过程，但它却有局限性9，一级动力学模型作图前需要知道qe值,但在实际吸附过程中，真正达到平衡需要很长时间，因此不可能准确测得其平衡吸附量，所以，一级模型常常只适合吸附初始阶段的动力学描述，而不能准确地描述吸附的全过程。相比之下,二级吸附动力学线性方程更真实全面地反映了糠醛渣对刚果红的吸附机理。2.1.2 吸附剂添加量对吸附率的影响取50mg/L的刚果红溶液8份，每份50mL，分别加入0.10g、0.30g、0.50g、0.70g、0.90g、1.00g、1.20g、1.50g的糠醛渣在25恒温振荡箱中以150r/min振荡20min后取出，取滤液测量其吸光度。吸附剂的添加量对刚果红的吸附结果见图2。图2 糠醛渣添加量对刚果红吸附率的影响由图2可以看出，糠醛渣对刚果红的吸附率随着添加量的增加而增大。在0.101.00g区间内糠醛渣对刚果红的吸附率的增幅较大，当添加量为0.10g时糠醛渣对刚果红的吸附率仅为68.38%，当添加量为1.00g时，糠醛渣对刚果红的吸附率已达到89.22%；此后在增加糠醛渣的添加量，其对刚果红的吸附率增幅变小，当添加量为1.50g时，脱色率为92.30%。由此可见，添加量增加一半，而吸附率仅增加不到4%。2.1.3 温度对吸附率的影响称取0.50g糠醛渣7份，分别加入到7份浓度为50mg/mL的刚果红溶液中，然后在温度分别为10、15、20、25、30、35、40的恒温振荡箱中以150r/min振荡20min后取出，取其滤液测定其吸光度。糠醛渣对刚果红在不同温度下的吸附率的影响结果见图3。由图3可以看出，在10到40的范围内，随着温度的增高，糠醛渣对刚果红溶液的吸附率也逐渐增高。说明糠醛渣对刚果红的吸附过程为吸热过程，温度提高，则有利于吸附，而温度过低则不利于吸附；在温度达到3540时基本达到最理想吸附温度，此后再增加温度不仅会提高设备损坏程度，也不利于降低吸附成本。图3 温度对刚果红吸附率的影响2.1.4不同pH值对刚果红吸附率的影响取50mg/L的刚果红溶液50mL6份，分别加入0.50g糠醛渣，然后再加入0.1mol/L的HCl溶液或0.1mol/L的NaOH溶液调整pH至3.7、4.4、5.5、6.3、7.3、8.9，然后在25恒温振荡箱中以150r/min振荡20min后过滤，取滤液测定其吸光度。不同pH对刚果红溶液的吸附结果见图4。图4 不同pH值对刚果红吸附率的影响由图4可以看出，糠醛渣对刚果红溶液吸附率对pH值的变化并不十分敏感。在相同的振荡时间里，在较低的pH值下对刚果红的吸附率随着pH的上升而增大，在pH为3.7时达到最小值，此时对刚果红吸附率的值为70.43%；当pH为7.3时，糠醛渣对刚果红的吸附率最大，吸附率为86.45%。此实验说明糠醛渣对刚果红的吸附具有较宽的pH适应范围。亦说明糠醛渣作为对含刚果红染料废水的吸附剂，具有良好的选择效果。2.1.5 吸附等温线向7个装有0.500g糠醛渣的250ml的三角瓶里分别加入10mg/l，20mg/l，30mg/l，40mg/l，50mg/l，80 mg/l，100 mg/l的刚果红溶液50ml，在25条件下震荡20min取出过滤, 取滤液测量其吸光度。计算平衡溶液浓度及吸附量，做吸附等温曲线。结果见图5。图5 吸附等温线（1）Langmuir等温方程式中：qe单位吸附量，mg/g；Ce为吸附平衡质量浓度，mg/L，Q0为饱和吸附量，mg/g；KL为Langmuir常数。（2）Freundlich 等温方程式中：qe单位吸附量，mg/g；Ce为吸附平衡质量浓度，mg/L，KF，n均为Freundlich常数。回归得出的Langmuir 和Freundlich等温方程参数见表2，线性等温线见图6。由图6及表2可以看出：糠醛渣对刚果红的等温吸附规律可分别用Langmuir和Freundlich等温吸附模式较好的描述。表2给出的拟参数值n小于1，说明糠醛渣对水中的刚果红吸附性能良好，易于吸附进行。y = 1.1828x + 0.3375R2 = 0.932700.20.40.60.811.21.41.6-0.200.20.40.60.81lgCelgqe图6 Freundlich 吸附等温线表2 糠醛渣对刚果红的吸附等温方程参数Langmuir吸附等温方程Freundlich吸附等温方程Q0 (mg/g)KLR2KFnR269.40.00560.94472.1750.84540.93273 结论（1）随着吸附时间的延长，糠醛渣对刚果红吸附性能愈佳，当吸附时间达到一定程度，吸附率不再增加，基本达到吸附平衡。（2）糠醛渣对刚果红的吸附行为符合二级吸附速率方程。（3）糠醛渣对刚果红的吸附率随着添加量的增加而增大，当吸附剂的添加量达到一定程度，吸附率不再增加。（4）随着温度的增高，糠醛渣对刚果红溶液的吸附率也逐渐增高，说明糠醛渣对刚果红的吸附过程为吸热过程。（5）糠醛渣对刚果红溶液吸附率对pH值的变化并不十分敏感，糠醛渣对刚果红的吸附具有较宽的pH适应范围。（6）单位吸附量与平衡质量浓度之间的关系符合Langmuir 和Freundlich等温吸附方程所描述的规律。（7）利用糠醛渣吸附含刚果红废水工艺简单，成本低廉，效果优良，可达到以废治废的目的，具有良好的应用前景。参考文献1 张红. 染料废水处理技术的发展概况J. 辽宁城乡环境科技，1999（10）:19-222 章杰 染料和助剂工业中的环境荷尔蒙问题（上）J 上海化工，1999（23）：4173 詹哲茂. 从纤维加工药剂观环境问题J染化杂志1999（4）：14，204 MALIK P K，SAHA S KOxidation of direct dyes with hydrogen peroxide using ferrous ion as catalyst JSep Purif echnol，2003，31：2412505 PANSWED J,WONGCH A， ISUWAN SMechanism of dye wastewater color removal by magnesium carbonatehydrated basicJWat Sci Technol，1986，18：1391446 VENKATA R B, SASTRAY CA. Removal of dy