胺基酚醛型吸附树脂对染料废水的吸附与脱色.pdf

离子交换与吸附 2 0 0 6 2 2 6 5 7 1 5 7 6 I ON EXCHANGE AND ADS OR P TI ON 文章编号 1 0 0 1 5 4 9 3 2 0 0 6 0 6 0 5 7 1 0 6 胺基酚醛型吸附树脂对染料废水的吸附与脱色 孙 琳刘春萍 刘淑芬于忠玺 曲荣君 鲁东大学化学与材料科学学院 烟台 2 6 4 0 2 5 摘要 研究了胺基酚醛型吸附树脂对 4种水溶性染料酸l出瞪I 1 活性红 R 3 B 活性黑 K N B 活性翠蓝 K N G的吸附性能 探讨了浓度 温度等因素对染料吸附性能的影响 结果表明 吸 附树脂对酸性橙 l I 具有较好的吸附 升高温度有利于吸附 随染料浓度的增大 树脂的吸附量 增加 吸附树脂对 4 种水溶性染料的吸附速率较快 达到吸附平衡所用时间较短 对模拟废水 的脱色率均达到了9 5 7 以上 关键词 水溶性染料 胺基酚醛型树脂 吸附 动力学吸附 脱色 中图分类号 0 6 4 7 3 文献标识码 A 1前言 众所周知 染料及印染行业所产生的大量未处理或处理未达标的外排废水 至今仍是 造成我国江河湖海水体污染严重的主要祸首 目前工业上常用的染料废水处理方法主要有 絮凝沉淀 气浮 法 电解法 氧化法 生物降解法 导流电凝聚法 吸附法等 在实际 水处理中还常常采用多种方法联合 以取得最佳的脱色效果 吸附法成功地用于含酚 废水 农药废水 有机酸和芳胺废水 染料中 百 J 体等废水的处理已有报道 5 吸附法处 理有机工业废水具有适用范围宽 吸附效率高 树脂性能稳定 使用寿命长及有利于综合 利用 变废为宝 丁艺简单等特点 因此 在染料废水的处理方面得到一定的应用 1 本 文尝试用自制的胺基酚醛型吸附树脂为吸附剂 研究了其对 4 种水溶性染料的吸附性能和 脱色能力 取得了一定的效果 2实验部分 2 1 仪器与试剂 H L 2恒流泵 上海沪西分析仪器厂 S H A C水浴恒温振荡器 浙江余姚市检测仪器 厂 7 2 0 0型分光光度计 上海尤尼柯光学仪器厂 S H B I I 循环水式多用真空泵 郑州长 收稿日期 2 0 0 6 年 3月 5日 项 目基金 校中青年科研基金资助 作者简介 孙 E 1 9 6 6 一 女 山东省人 实验师 主要从事功能高分子的研究 通讯联系人 维普资讯 5 7 2 I o nE x c h a n g e a n d Ad s o r p t i o n 2 0 0 6年 1 2月 城科工贸有限公司 F C 2 0 4 型电子天平 上海精科天平 远红外辐射干燥箱 上海浦东荣 丰科学仪器有限公司 三乙烯四胺 A R 酸性橙 I I 活性红R 3 B 活性黑 K N B 活性 翠蓝K N G均为工业级染料 F 4 4 由上海绿宝化工技术开发中心提供 2 2 胺基酚醛型吸附树脂的制备 胺基酚醛型吸附树脂按文献I9 l方法合成 在 2 5 0 ml 锥形瓶中 称取 l 3 5 g F 4 4 溶于 8 0 m l 甲苯中 温热使其溶解 加入 2 2 5 ml 三乙烯四胺和少许水 电磁搅拌均匀 加热回流反应 6 h 得黄色固体颗粒 将固体颗粒用0 2 mo l LH C I 洗涤 然后用 0 1 m o l L N a O H洗涤 再 用蒸馏水洗涤至中性 真空泵抽滤 9 5 乙醇抽提 8 h以上 干燥 研磨 过 4 0 me s h 一 6 0 me s h 筛 得胺基酚醛型吸附树脂 F 4 4 产率为 7 5 6 其反应式可表示为 P OCl t 2 CI t CI I 2 一 1 一 O H P O C lt 2 C lt C H 2 N H N H C H 2 a 2 o p p 一 一 一 p I 2 3 标准曲线的绘制 配制不同浓度的各种染料溶液 用分光光度法分别测定其吸光度 以吸光度对浓度作 图 得出酸性橙 I I 活性红R 一 3 B 活性黑K N B和活性翠蓝K N G的最大吸收波长分别为 4 9 0 n m 5 4 0 n m 5 9 4 n m 和 6 6 4 n m 其 A C 关系式分别为 A 1 0 0 4 2 4 C 1 A 2 0 0 2 7 2 A s 0 0 3 4 0 c 3 和 A 4 0 0 1 5 0 C 4 2 4 静态吸附量的测定 分别准确称取 2 0 0 m g 树脂于 4 个锥形瓶中 分别加入 2 0 m l 浓度为5 0 0 m g L的染料 在 2 5 C下恒温震荡 2 4 h 测定吸附后溶液中染料浓度 根据公式计算平衡吸附量 Q C o G x v w 式中 Q为吸附量 m g g C o 为起始浓度 ra g L C为吸附后浓度 m g l L 为溶液体积 L w为树脂质量 g 2 5 脱色率 准确称取一定量的树脂 加入不同起始浓度的染料溶液 恒温 2 5 C 振荡 1 2 h 测定吸 附后染料溶液的浓度 用下式计算脱色率 脱色率K C o C C o x 1 0 0 式中 c 0 G分别 为吸附前后染料的浓度 2 6 动态吸附实验 准确称取一定质量的树脂 蒸馏水浸泡 充分溶胀后装柱 装柱直径 l c m 高度 6 5 e m 用恒流泵导入起始浓度为5 0 0 m g L的模拟染料废水溶液 控制流速为 6 0 m l h 记录流出液 体积 并用分光光度计测定流出液的吸光度 得出流出体积与浓度的关系曲线 维普资讯 第 2 2卷第 6期 离 子 交 换 与 吸 附 3结果与讨论 3 1 吸附树脂对 4种染料的静态吸附 分别准确称取 0 1 0 0 0 g树脂 加入起始浓度为 5 0 0 m g L的染料溶液 恒温 2 5 C 振荡 2 4 h 测定树脂对 4种染料酸性橙 活性红R 3 B 活性黑 K N B和活性翠蓝 K N G的静 态吸附量分别为 1 5 4 1 mg g 6 8 0 m g g 5 5 0 mg g和 4 8 5 mg g 结果表明 合成树脂对酸 性橙 I I 具有最好的吸附能力 在染料起始浓度为 5 0 0 mg L条件下测定温度对吸附量的影响 表 1 结果表明 吸附 树脂对4 种染料的吸附量随温度升高而增加 说明其吸附过程是吸热的 升高温度有利于 吸附 表 1 不同温度下树脂对染料的吸附 由温度系数法公式 ln Q d C A H R T ln K计算吸附过程的热效应 合成树脂对 4 种染 料酸性橙 活性红 活性黑和活性翠蓝的吸附热效应分别为 4 3 1 2 k J m o l 1 9 4 2 k J m o l 3 9 8 9 k J m o l 和 4 8 0 4 k J m o l 说明其吸附均为吸热过程 随着温度的升高 其吸附量增大 在 2 5 条件下测定合成树脂对 4种染料 酸性橙 活性红 活性黑和活性翠蓝的动力学 u 吸附情况 得吸附量与时间关系曲线 图 1 实验表明 1 h之内树脂对各种染料的吸附速 儡 率均较快 4 h之后趋于平缓并逐渐达到吸附 亘 8 0 平衡 将图中起始吸附阶段 3 0 ra i n 之内的实验 数据用公式 l n 1 一 F k t 进行拟合并对其进行 线性回归处理可求得相关系数 尺 分别为0 0 9 9 2 0 9 8 7 3 0 9 6 7 6和 0 9 9 3 1 说明吸附的 初始阶段为液膜扩散控制 在一定温度下 2 5 c 测定树脂对不同 O 2 O0 40 0 60 0 8 0 o t rai n 图 1 树脂对染料的动力学吸附曲线 浓度染料溶液的吸附情况 并将实验数据用 L a n g m u i r 等温方程和 F r e u n d a e h 等温式进行拟 合 得出相应的相关关系 表 2 L a n g m u i r 等温方程为 C Q C Q I l Q b F r e u n d l i e h 等温 维普资讯 5 7 4 I o n E x c h a n g e a n d A d s o r p t i o n 2 0 0 6年 1 2月 式为l g Q l g C n l g k 实验表明 树脂对酸性橙 活性黑和活性翠蓝的吸附符合L a n g m u ir 等温方程 而对活性红的吸附情况则可 以用 F r e u n d l i c h等温式进行拟合 表 2 树脂对染料的等温吸附 等温方程及相关系数 3 2 脱色率 表 3 合成树脂对染料的脱色率 K 分别在一定浓度的模拟染料废水溶液中 按染料的饱和吸附量加入一定量的合成树 脂 测定2 5 C 条件下树脂对所研究的4种染料的静态脱色情况 表 3 结果表明 树脂对 不同起始浓度染料废水的脱色率均很高 对酸性橙和活性翠蓝的脱色率最高 均达到了 9 9 O 以上 对活性红和活性黑的脱色率最低 达到9 5 7 脱色后的废水色度值较低 达到 了我国污水综合排放的一级标准 5 0 m g m l 一 8 0 mg ml p H 6 9 3 3 动态吸附曲线 分别测定树脂对 4种染料的动态吸附情 况 图 2 表明 合成树脂对染料的动态吸附 曲线都有一个较明显突跃 吸附速率较快 只 是由于吸附量不同 其突跃的范围和起点有较 大差异 由于树脂对酸性橙的吸附量较大 因 此 穿透树脂床所用的染料体积较大 而其它 3 种染料的吸附量相差不大 穿透树脂床所用 O l O O 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 V m1 图2 树脂的动态吸附曲线 O O O O O O 如 如 加 m 1 目一 维普资讯 第2 2 卷第6 期 离 子 交 换 与 哩 5 7 5 的染料体积也差别较小 3 4 染料的结构 与吸附性能 4 种染料具有不同的分子骨架和官能基结构 其结构式分别为 N a o 3s N o H cI l P s 0 2N H J L 广s c C H 2 0 s N 啦 s o 3 Na y x y 3 5 酸性橙 I I A c i d O r a n g e I I 活性翠蓝 KN G R e a c t i v e T u r q u o i s e B l u e K N G Na O3 S OC H2 C H S O2 CH2 CH2 OS O3 Na 活性黑 K N B R e a c t i v e B l a c k K N B C 2 8 H2 1 N s OI 9 s a 4 活性红系一氯均三嗪型活性染料 是羧基吡啶衍生物反应形成的季铵结构 菸酸基 的偶氮染料 其结构较复杂 分子式为 C 5 6 l 4 o N l 6 O 2 4 s 6 4 种染料分子中均含有极性基团 含能生成氢键的羟基和氨基 或含强极性的磺酸 酯 盐基团 或兼而有之 染料结构中的磺酸 酯 盐基 易与树脂中的极性基团发生作用 羟基和氨基可与树脂中的羟基或氨基形成氢键 从而使染料脱色 4 种染料分子中酸性橙 I I 的分子量最小 分子体积最小 吸附于树脂上所占树脂的表 面积也最少 因此 在树脂的单位表面积上酸性橙吸附的数量最多 表现为其吸附量最大 而活性黑和活性红的分子量和体积均很大 在树脂表面上吸附所占有的表面积大 与其它 2 种染料相比其吸附量较低 4种染料吸附时热效应的差异是由于染料分子与树脂发生吸附时相互作用的基团的种 类和数量不同所致 4结论 1 所研究的各种水溶性染料分子中均含有多种极性基团 氨基 磺酸 酯 盐基团 砜基 磺酰胺基等 这些极性基团易与树脂中的极性部位 氨基 羟基 结合 通过形成氢 键及极性作用 将染料吸附于树脂上 2 胺基酚醛型吸附树脂合成简便 对水溶性染料的吸附速率较快 吸附容量也较大 树脂 对染料的吸附量随温度的升高而增大 随染料浓度的增大而增加 树脂对活性红的吸 附可用 F r e u n d l i c h等温式进行拟合 而对酸性橙 活性黑和活性翠蓝的吸附符合 维普资讯 5 7 6 I o n E x c h a n g e a n d Ad s o r p t i o n 2 0 0 6年 1 2月 L a n g mu i r 等温式 3 无论对浓溶液还是稀溶液 合成树脂对染料溶液的脱色率均很高 在所研究的条件下 最低脱色率达到9 5 7 以上 因此合成树脂可望在染料废水处理中有一定的应用前景 参考文献 1 李家珍 染色工业废水处理 M 北京 化学工业出版社 1 9 9 7 2 高宝玉 环境科学研究 J 1 9 9 9 1 2 1 6 5 7 4 3 方宗堂 王 宏 葛 玮 等 化工环保 J 2 0 0 5 2 5 1 8 1 1 4 洪铭嫒 李清彪 邓 旭 化工环保 J 2 0 0 5 2 5 2 1 0 4 1 0 9 5 G i b b s G T o b i n J M Gu i b a l E J o u r n a l ofA p p l i e dP o l y me r S c i e n c e J 2 0 0 3 9 0 4 1 0 7 3 6 A1 Qo d a h Z W a t e r R e s e a r c h J 2 0 0 0 3 4 1 7 4 2 9 5 4 3 0 3 7 H o n g J Y H u a n g S D T e c h n i q u e s E n v i r o n S c L T e c h n o 1 J 1 9 9 3 2 7 6 1 1 6 9 1 1 7 5 8 陈炳稔 汤又文 陈文森 离子交换与吸附 J 1 9 9 8 l 1 4 3 0 3 3 0 8 9 刘春萍 刘淑芬 孙 琳 等 化学研究与应用 J 2 0 0 3 l 5 2 2 5 7 2 5 9 ADS ORP TI ON AND DECOLOUI UZATI ON OF A NO NOVOLAC RES I N FOR DYES v AS TE 7I ATER S UN L i n g L I U C h u n p i n g L I U S h u f e n Y U Z h o n g x i Q u R o n g i u n S c h o o l o f C h e m t r ya n dMa t e r i a l s S c i e n c e L u d o n g U n i v e r s i t y Y a n t a i 2 6 4 0 2 5 C h i n a Ab s t r a c t n l e a d s o r p t i o n p r o p e r ti e s o f a n i n o n o v o l a c r e s i n f o r wa t e r s o l u b l e d v e s Ac i d Or a n g e I I Re a c t i v e Re d R 3 B Re a c ti v e Bl a c k KN B a n d Re a c ti v e Tu r q u o i s e b l u e KN G we r e i n v e s t i g a t e d T h e e ffe c t s o f v a r i o u s f a c t o r s s u c h a s c o n c e n t r a t i o n o f d y e s an d t e mp e r a t u r e o n t h e a d s o r p ti o n b