粉煤灰吸附染料废水的处理方法VIP

1、摘 要目前，粉煤灰吸附处理染料废水的研究已经引起了广泛的关注。用粉煤灰处理染料废水既能降低色度又能去除COD。本实验采用高温活化改性粉煤灰吸附处理碱性品红染料废水。实验研究了改性粉煤灰的投加量、搅拌速度、反应时间、温度测定了35温度下的吸附等温线，并对吸附动力学和热力学模式进行了探讨。实验结果表明，最佳活化温度为350,粉煤灰的最佳投加量为800mg；最佳搅拌速度值为250r/min吸附反映的平衡时间约为30min,碱性品红的去除率达到98%；升温有利于吸附。粉煤灰对水中碱性品红的吸附规律可用Langmuir吸附等温式较好地描述。吸附动力学能用Bangham和Langmuir模式拟合，且吸附速

2、度由内扩散过程控制。关键字：粉煤灰；吸附；碱性品红；动力学；热力学第一章 绪论11.1 粉煤灰吸附处理废水技术11.1.2 粉煤灰的概况11.1.2 粉煤灰吸附处理染料废水的机理21.1.3 粉煤灰吸附处理染料废水的优点及其影响因素31.1.4 粉煤灰吸附处理染料废水技术的现状31.1.5 粉煤灰吸附处理染料废水技术的展望41.2 粉煤灰的改性与应用51.2.1 粉煤灰的改性51.2.2 改性粉煤灰在处理染料废水上的应用61.3 染料和染料废水概述61.4 本课题主要研究目的、研究内容和研究意义71.4.1 研究目的及意义71.4.2 研究内容7第二章 实验部分92.1 实验试剂与仪器92.2

3、 实验方法92.2.1 最佳波长的确定及标准曲线的绘制92.2.2 改性灰最佳活化温度的确定92.2.3 粉煤灰吸附碱性品红最佳条件的确定102.2.4 改性粉煤灰吸附碱性品红最佳条件的确定102.2.5 正交实验112.2.5 吸附动力学11第三章 实验结果与讨论123.1 最佳波长的确定及标准曲线的绘制123.1.1 最佳波长的确定123.1.2 标准曲线的绘制123.2 改性粉煤灰最佳活化温度的确定133.3 粉煤灰吸附处理碱性品红最佳条件的确定143.3.1 最佳粉煤灰投加量的确定143.3.2 反应时间对处理效果的影响153.3.3 搅拌速度对处理效果的影响163.3.4 反应温度对

4、处理效果的影响173.4 改性粉煤灰吸附处理碱性品红最佳条件的确定183.4.1 最佳粉煤灰投加量的确定183.4.2 反应时间对处理效果的影响193.4.3 搅拌速度对处理效果的影响203.4.4 反应温度对处理效果的影响203.5 正交试验213.6 吸附热力学233.6.1 吸附等温线的测定233.6.2 等温线吸附规律的数学模拟243.7 吸附动力学253.7.1 吸附速率常数的求取253.7.2 吸附速度控制步骤研究26结论28参考文献29致谢30第一章 绪 论1.1 粉煤灰吸附处理废水技术粉煤灰是煤炭燃烧后的废弃物，其主要成分为二氧化硅、三氧化二铝和氧化铁等，各种无机氧化物的含量因

5、煤种和燃烧条件不同而异，但变化不大。粉煤灰具有发达的大孔，对染料分子具有一定的吸附能力。粉煤灰富含以活性氧化物SiO2 和AI203为主的玻璃珠，少量金属氧化物及未燃尽炭，比表面积较大，表面能高，对废水中许多污染物质，尤其是有机物具有较强的吸附和絮凝共沉作用1。目前，在废水处理中，现有的吸附材料价格昂贵、操作繁杂，限制了吸附材料在废水处理中的广泛应用。粉煤灰对印染废水中有色物质的吸附是固体在溶液中的吸附,其吸附剂、溶质、溶剂三者极性不同对吸附量是有影响的。一般非极性的吸附剂易于吸附非极性强的物质。粉煤灰属非极性吸附剂，而印染废水中引起色度的物质，大多数为极性较差的有机物，易被吸附剂吸附。因此，

6、粉煤灰能较好地吸附废水中的有色物质，具有较好的脱色效果,利用粉煤灰处理废水不仅成本低，节约资源，而且还能达到以废治废的目的。1.1.2 粉煤灰的概况粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山灰质的混合材料。早在1914年，美国Anon就发表了煤灰火山灰特性的研究，他首先发现粉煤灰中的氧化物具有火山灰的特性2。粉煤灰主要是燃煤电厂、冶炼、化工等行业排放的固体废物。燃煤电厂将煤磨成300um以下的煤粉，用预热空气喷入炉膛悬浮燃烧，产生的高温烟气经收尘装置捕集而得到粉煤灰(或称飞灰)。少数煤粉燃烧时因碰撞而戮结成块沉积于炉底成为底灰。粉煤灰的理化性质主要是：(1)在光学显微镜下观察，粉煤灰含玻璃球体物

7、50%-80%(在炉温1200-1450时，烟煤燃烧后的粉煤灰中含有玻璃球体，而无烟煤粉煤灰中未发现)，磁性氧化铁(Fe3O4)6%-16%，碳粒子3%-4%，石英3%-20%，莫来石5%-30%. (2)大部分粉煤灰所含的化学成分主要是SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O、CaO、FeS，个别煤种的粉煤灰中还含有少量锗、锅、汞、铬、钒、砷、铅、磷、锰、硼、铀等。其物理化学特性取决于煤种、制粉系统、锅炉炉型、除尘器类型、除尘方式、运行工况等多种因素，所以，不同电厂的粉煤灰性质差异很大。如表1-1所示。粉煤灰的综合利用价值取决于其品质。粉煤灰中活性氧化铝和活性二氧化硅的含量

8、越高，其活性就越高，品质也越好；CaO有利于提高粉煤灰的活性;而三氧化二铁能起溶剂的作用，促使玻璃体形成，有助于提高粉煤灰的活性。粉煤灰由结晶体、玻璃体和少量未燃炭组成，铝硅玻璃体(氧化硅与氧化铝总质量分数大于60%)是粉煤灰的主要成分，也是决定粉煤灰活性的主要因素。在相同条件下，玻璃体含量越高，粉煤灰的活性就越高。另外，玻璃体的形态、颗粒大小及表面状况与粉煤灰的品质也有密切关系。并且未燃尽炭也致使粉煤灰的品质下降。表1-1 部分火力发电厂粉煤灰化学成分（%）Table 1-1 part of power plant fly ash chemical composition (%)厂名Si02

9、Al203Fe203Ca0SO3烧失量南昌七里街电厂49.3821.6410.262.761.407.91北京石景山电厂50.9232.126.553.721.206.20江苏望亭电厂59.4229.065.405.96-4.00南京下关电厂49.2820.713.312.080.7012.32武汉青山电厂55.9425.926.153.540.366.12太原二热电厂44.7430.613.832.200.4614.74广州西村电厂60.1230.914.412.640.182.29湖南株洲电厂44.3515.163.521.530.8226.12鞍钢自备电厂57.8017.229.555.

10、47-4.96陕西坝桥电厂44.7330.4410.514.610.874.80富拉尔基电厂54.1916.498.425.94-5.00唐山陡河电厂48.5936.103.014.42-6.811.1.2 粉煤灰吸附处理染料废水的机理吸附性能从粉煤灰的理化性质看，粉煤灰处理废水的机理主要是吸附。粉煤灰具有多孔性结构(以大孔为主)、比表面积较大、表面能高，且表面存在着许多铝、硅等物质，具有较强的物理吸附和化学吸附能力2。物理吸附效果取决于粉煤灰的多孔性及比表面积，比表面积越大，吸附效果越好，未燃炭粒对物理吸附产生重要影响。化学吸附主要是其表面具有大量Si、Al等活性点，能与吸附质通过化学键结合

11、。在酸性条件下，阴离子可与粉煤灰中带正电的硅酸铝、硅酸钙和硅酸铁之间形成离子交换或离子对的吸附。粉煤灰中的SiO2、Al2Si04、NaAlSi04与金属阳离子也可发生离子交换。粉煤灰颗粒表面的硅醇基及硅醚基有较强极性的偶极矩，对多环芳烃、氰化物有良好的去除能力。由于粉煤灰是多种颗粒的混合物，孔隙率较大，废水通过粉煤灰时，粉煤灰也能过滤截留一部分悬浮物,但粉煤灰的混凝沉淀和过滤只对吸附起补充作用,并不能替代吸附的主导地位。国内外研究表明，粉煤灰对水中吸附质的吸附包括3个连续的过程：第一为颗粒的外部扩散(膜扩散)过程；第二为孔隙扩散过程，即扩散到吸附剂表面的吸附质向空洞的深处扩散；第三为吸附反应

12、过程，吸附质被吸附在颗粒的内表面上3。国内外资料表明：温度越低，粉煤灰对废水中污染物去除率越高，升高温度不利于吸附；pH值的影响结果与吸附质的性质有关4。如用粉煤灰处理含氟废水，在酸性条件下效果好，而处理含磷废水在中性条件下磷的去除率最高；粉煤灰的粒径、比表面积、化学组成对其处理效果有着直接影响。一般比表面积大，含活性氧化铝、氧化硅及未燃尽炭高，污染物去除效果好；吸附质的溶解度、分子极性及分子量都对吸附有一定影响。与活性炭相似，粉煤灰对分子量大的污染物吸附效果较好，因为分子量大分子间引力强，物理吸附更易进行。因此，粉煤灰对以大分子污染物为主的废水表现出较好的吸附性能。1.1.3 粉煤灰吸附处理

13、染料废水的优点及其影响因素（1）比表面积较大，表面能高，对废水中许多污染物质，尤其是有机物具有较强的吸附和絮凝共沉作用。（2）粉煤灰处理废水不仅成本低，节约资源，而且还能达到以废治废的目的。（3） 采用适当的改性剂对其进行改性，可大大提高其吸附能力，效率高，操作方便。（4）粉煤灰中含有的沸石、炭粒等具有无机离子交换特性和很强的吸附脱色作用。利用粉煤灰治理印染等有机废水不仅处理效果较好，而且还能达到以废治废的目标。（5）粒级较宽，密度小、容重较轻、比表面积大以及灰粒细、碳粒粗等特点。粉煤灰吸附处理染料废水的影响因素主要有：粉煤灰的投加量、溶液的pH值、反应时间、温度等。1.1.4 粉煤灰吸附处理

14、废水技术的现状我国是染料生产大国，已形成ll大类共600多个品种的规模，到2000年，年产量超过2×108t。对染料废水的处理方法比较多，如生化法、电渗析法、化学凝聚法、氧化法、电解浮上法及离子交换树脂法等，但是至今还没有一种既有效又经济的处理印染废水方法。煤炭是我国主要燃料，火力发电也以燃煤为主。在相当长的时期内，燃煤发电还将会是我国的主要电力能源，因而粉煤灰的产量将会持续地增加，预计到2010年，粉煤灰排放量将达到2×108t，占地1334×104 m2以上5。我国每年粉煤灰的排放量多达500万t。其中只有少部分达到了综合利用，大部分粉煤灰被闲置着，既占用大面

15、积的土地，又严重污染环境，破坏生态平衡 6。所以，开展对粉煤灰的综合利用，变废为宝，已经成为我国经济和环保共同关注的问题。粉煤灰的主要成分是二氧化硅和三氧化二铝，是一种具有不规则多孔的微粒，比表面积较大，具有一定的吸附能力，在染料废水处理方面有较大的潜力。它的化学组成和多孔性结构使其具有一定的吸附能力。近年来，利用粉煤灰的混凝作用、吸附作用处理废水，COD去除率基本稳定在85% 以上，色度去除率高达95% ，对悬浮物的去除效果好7 。同时利用粉煤灰处理印染废水，具有效果好、费用低、占地少等特点，很适合中小型纺织印染厂采用。1.1.5 粉煤灰吸附处理染料废水技术的展望印染废水是工业废水排放大户，

16、其中含有大量毒性大的染料、助剂以及各种化学原料，COD高、色度高、污染性强，是对环境污染严重的工业污染源之一。如何选择一个在技术上可行、在经济上合理的方法，将印染污水进行脱色一直是污水处理上的一个重要课题。近年来国内外对含染料污水的脱色方法进行了大量的研究，但由于含染料污水类别复杂，造成了治理技术上的困难，很难实现工业化，所以，如何脱色成为含染料污水处理的一个难题。粉煤灰是火力发电厂煤粉燃烧后排放的粉状灰粒，是我国主要的工业固体废弃物之一。粉煤灰的堆积不仅占用大量土地，而且还会给周围环境造成巨大污染，破坏生态平衡。据不完全统计8-10，目前欧美发达国家粉煤灰的利用率已高达70%-80%，而我国

17、的利用率大约在30%-40%。因此，加大对粉煤灰综合利用的研究和开发显得日益重要。粉煤灰处理印染废水成本低，废水吨处理费用为0.5元左右，是解决粉煤灰的合理利用极具前景的方法.以上这些问题的解决，将为固体废弃物粉煤灰的工业化应用奠定基础，并推动相关科研领域发展和进步。1.2 粉煤灰的改性与应用 粉煤灰的改性粉煤灰改性的方法有很多：酸改性、碱改性、有机改性、高温活化等。经酸改性处理后的粉煤灰释放出大量的Al和Fe3+，能有效降低水中悬浮颗粒的电位11，使悬浮颗粒脱稳，起到絮凝剂的效果。同时经酸处理的粉煤灰颗粒表面形成许多凹槽和孔洞，能加强吸附这些脱稳的胶体颗粒。常用作改性的酸有H2SO4、HCL

18、等。用碱对其改性，粉煤灰颗粒表面的二氧化硅会发生化学解离而产生可变电荷，可能破坏粉煤灰颗粒表面的坚硬外壳，使玻璃体表面可溶性物质与碱性氧化物反应生成胶凝物质，并使粉煤灰中的莫来石及非晶状玻璃相熔融，从而提高活性12。在碱性条件下粉煤灰颗粒表面上的OH基中的H+也可以发生解离，从而使颗粒表面部分带负电荷，因此废水中带正电荷的金属离子很容易被吸附在改性后的粉煤灰颗粒表面。适当地控制温度会使粉煤灰内部的水分被蒸干,分子的吸附性能更强，粉煤灰中的吸附性孔道随温度升高而增多，比表面积增大，因此吸附性能有小幅的提升；过高的温度改变了粉煤灰的物理性质，吸附孔道被烧得塌陷或堵死，使粉煤灰的比表面积下降，吸附能

19、力下降，脱色能力也随之降低。有机改性改变了粉煤灰表面的电性，而染料废水一般是带负电的，这样就使粉煤灰不仅有表面吸附能力，而且具有电中和的能力，增强了对废水的处理效果。另一方面，有机部分包裹在粉煤灰表面，甚至有一部分进入粉煤灰的孔隙内部，粉煤灰表面呈疏松网络结构比表面积成倍增大，表面能增强，亲水性能增强。而且粉煤灰起到了助凝剂的作用，有利于絮体的增大和沉降。处理后的废水在较短的时间内达到澄清。 改性粉煤灰在处理染料废水上的应用粉煤灰因其比表面积大、多孔的特点，对染料大分子具有一定的吸附能力，且来源广泛，价格低廉，因而在印染废水处理方面有较大的潜力，但未经改性的粉煤灰脱色能力有限。用酸改性处理的粉

20、煤灰13，可起到部分絮凝作用，显著增强粉煤灰对染料的吸附能力，增大饱和吸附量，脱色率达96%以上。用石灰改性能破坏粉煤灰所具有的致密的玻璃态结构和表面保护膜层，使其内部可溶性A12 O3 、SiO2 的活性被释放出来，从而大大提高了粉煤灰的吸附能力，脱色率可达99.4%14。用酸碱改性的粉煤灰脱色效果都不错，但对于降低COD的效果并不理想。考虑到粉煤灰中含有碳基物，与铁屑接触能形成腐蚀原电池的阳极和阴极，并发生原电池反应，可以利用铁屑对粉煤灰进行改性，在反应器里产生微电场。印染废水中分散的胶体颗粒，极性分子，细小污染物受微电场的作用后形成电泳，向相反电荷的电极方向移动，聚集在电极上，形成大颗粒

21、沉淀，从而使COD降解。 1.3 染料和染料废水概述我国是染料生产大国，染料产量占世界的60%左右。然而，在染料生产过程中。每生产lt染料，将有2%的产品随废水流失。而在印染过程中损失更大，为所用染料的10%左右15。这不仅造成了极大的经济损失也给环境带来了严重的污染。一般染料废水的COD 高，而BOD和COD值较小，可生化性差、色度高、酸碱性强、含盐量高、组分复杂、毒性强，并且现在染料朝着抗光解、抗热及抗生物氧化方向发展从而使其处理难度加大。国内外采用了化学法(如氧化法、混凝法、电解法等)、物理化学法(常用的有吸附法、膜技术等)、生物法(投菌法、厌氧好氧工艺等)对其进行处理，处理机理大致为两

22、种：(1)富集发色物质，再分离去除；(2)破坏发色物质，以达到脱色和降解有机物的目的16。化学氧化法一般采用湿式氧化法，设备造价高，其中O3氧化法效果较好，但O3投加量大、成本高。Cl2氧化法虽处理效果好，但它容易与水中有机物生成毒性很大的氯代有机物，造成二次污染。吸附法只对亲水性染料作用明显，并且易受水中悬浮物染料和油脂的影响而失效，同时吸附剂用量大、费用高；而混凝法仅对疏水性染料效果明显，而对亲水性染料的脱色效果差、COD去除率低17。生物法具有占地面积小、运行成本低、无二次污染的优点，但近年来由于化纤织物的发展和印染后整理技术的进步，使PVA浆料、新型助剂等难生化降解的有机大分子进入印染

23、废水，原有的生物处理系统由原来的CODcr 去除率70%降到50%左右，甚至更低18。在我国已投产的染料生产废水处理方法中，生物化学法因为处理费用较低而被广泛作为二级处理技术。但目前常用的生物化学法C0D去除率和脱色效果都不够理想，出水COD和色度往往不能达到国家排放标准。1.4 本课题主要研究目的、研究内容和研究意义 研究目的及意义应用粉煤灰吸附处理碱性品红染料废水。研究粉煤灰和改性粉煤灰的投加量、搅拌速度、反应时间、反应温度对处理效果的影响及其热力学、动力学规律。粉煤灰的存放不仅占用大量的土地，而且严重污染环境，危害人体健康。所以，开展对粉煤灰的综合利用，变废为宝，已经成为我国经济和环保共

24、同关注的问题。目前，用粉煤灰处理染料废水的研究基本局限于实验室研究阶段。要应用于工业实践则还需要进一步加强对粉煤灰处理废水的过程机理及反应动力学等理论的研究，并解决好如何提高粉煤灰的吸附容量、粉煤灰改性方法的研究、灰水分离，以及吸附饱和灰的最终处置等问题。只有这样才能够使粉煤灰在废水处理方面有所突破。 研究内容应用粉煤灰吸附处理碱性品红染料废水。主要包括：(1) 确定碱性品红的最大吸收波长并做出标准曲线。(2) 改性粉煤灰最佳活化温度的确定。(3)未改性粉煤灰吸附处理碱性品红最佳条件的确定：粉煤灰投加量的确定；反应时间的确定；最佳搅拌速度的确定；反应温度的影响。(4)改性粉煤灰吸附处理碱性品红

25、最佳条件的确定：粉煤灰投加量的确定；反应时间的确定；最佳搅拌速度的确定；反应温度的影响。 (5) 通过正交实验确定各因素影响反应的主次顺序。(6) 吸附热力学：吸附等温线的测定；等温线吸附规律的数学模拟。 (7)吸附动力学:吸附速率常数的求取；吸附速度控制步骤研究。第二章 实验部分2.1 实验试剂与仪器(1) FA-2004型电子天平 上海精密科学仪器有限公司 (2) SHA-C型恒温振荡器 常州国华电器有限公司(3) VIS-721型分光光度计 上海第三分析仪器厂(4) JJ-4六联同步电动搅拌器 上海精密科学仪器有限公司(5) 电动搅拌器 常州国华电器有限公司(6) 马弗炉 南京电炉厂(7

26、) 粉煤灰 安徽蚌埠电厂(8) 碱性品红 市售(9) HgSO4 上海化学试剂有限公司(10)NaOH 上海试剂一厂2.2 实验方法 最佳波长的确定及标准曲线的绘制配制20mg/L的碱性品红溶液，用721分光光度计在400nm570nm范围内，每隔10nm,测出其在不同入射波长下的不同吸光度值，找出其最大吸收波长。分别配制1mg/L，2mg/L，4mg/L，6mg/L ,8mg/L，10mg/L的碱性品红溶液，测其吸光度并记录，分别以溶液浓度和吸光度为横轴和纵轴，拟合标准曲线，要求线性系数R达到0.999以上。 改性灰最佳活化温度的确定(1)粉煤灰的高温活化取坩埚加入适量粉煤灰，放在马弗炉中分

27、别在温度为250、350、450、550、650条件下焙烧1h。取出冷却，密封保存。(2) 确定最佳活化温度分别取100mL浓度为100mg/L的碱性品红溶液加入5个250mL锥形瓶中。依次在烧杯中投加400mg活化温度为250、350、450、550、650的改性粉煤灰，将锥形瓶放到六联搅拌器上，在300r/min下搅拌30min。过滤后测其吸光度，并进行比较，得出粉煤灰的最佳活化温度。2.2.3 粉煤灰吸附碱性品红最佳条件的确定(1)最佳粉煤灰投加量的确定分别取100mL浓度为100mg/L的碱性品红溶液加入5个250mL锥形瓶中。依次在烧杯中投加200mg、400mg、600mg、800

28、mg、1000mg的粉煤灰，将锥形瓶放到六联搅拌器上，在300r/min下搅拌30min。过滤后测其吸光度，并进行比较，得出粉煤灰的最佳投加量。(3) 反应时间对处理效果的影响取4个锥形瓶，分别加入100ml浓度为100mg/L的碱性品红溶液，依次加入800mg粉煤灰。将锥形瓶放到六联搅拌器上，调整转速300r/min,分别搅拌15min、30min、45min、60min。过滤后测其吸光度，并进行比较，得出溶液的最佳反应时间。 (3)搅拌速度对处理效果的影响分别取100mL浓度为100mg/L的碱性品红溶液加入4个250mL锥形瓶中，依次加入800mg粉煤灰。将锥形瓶放到六联搅拌器上，调整转

29、速150r/min、200r/min、250r/min、300r/min,搅拌30min。过滤后测其吸光度，并进行比较，得出溶液的最佳搅拌速度。 (4)反应温度对处理效果的影响取5个带塞锥形瓶，分别加入100ml浓度为100mg/L的碱性品红溶液，依次加入800mg粉煤灰。将锥形瓶放入恒温振荡水槽中，分别在25、35、45、55、65下振荡1h。过滤后测其吸光度，并进行比较，得出吸附的最佳反应温度。2.2.4 改性粉煤灰吸附碱性品红最佳条件的确定 (1)最佳改性粉煤灰投加量的确定分别取100mL浓度为100mg/L的碱性品红溶液加入9个250mL锥形瓶中。依次在烧杯中投加200mg、300mg

30、、400mg、500mg、600mg、700mg、800mg、900mg、1000 mg的改性粉煤灰，将锥形瓶放到六联搅拌器上，在300r/min下搅拌30min。过滤后测其吸光度，并进行比较，得出粉煤灰的最佳投加量。 (2)反应时间对处理效果的影响取4个锥形瓶，分别加入100ml浓度为100mg/L的碱性品红溶液，依次加入800mg改性粉煤灰。将锥形瓶放到六联搅拌器上，调整转速300r/min,分别搅拌15min、30min、45min、60min。过滤后测其吸光度，并进行比较，得出溶液的最佳反应时间。 (3)搅拌速度对处理效果的影响分别取100mL浓度为100mg/L的碱性品红溶液加入4个

31、250mL锥形瓶中，依次加入800mg改性粉煤灰。将锥形瓶放到六联搅拌器上，调整转速150r/min、200r/min、250r/min、300r/min,搅拌30min。过滤后测其吸光度，并进行比较，得出溶液的最佳搅拌速度。 (4)反应温度对处理效果的影响取5个带塞锥形瓶，分别加入100ml浓度为100mg/L的碱性品红溶液，依次加入800mg改性粉煤灰。将锥形瓶放入恒温振荡水槽中，分别在25、35、45、55、65下振荡1h。过滤后测其吸光度，并进行比较，得出吸附的最佳反应温度。2.2.5 正交实验根据正交试验表L_9_3_4四因素三水平进行实验，电动搅拌器和恒温振荡器联合使用。对实验结果

32、进行分析得出结论。2.2.5 吸附动力学取6个带塞锥形瓶，分别加入100ml浓度为10mg/L、20 mg/L、 40 mg/L、 60 mg/L、 80 mg/L、100 mg/L的碱性品红溶液，依次加入800mg改性粉煤灰。将锥形瓶放入恒温振荡水槽中，在35下振荡1h。过滤分离后测其吸光度，并进行比较。第三章 实验结果与讨论3.1 最佳波长的确定及标准曲线的绘制 最佳波长的确定表3-1为20mg/L的碱性品红溶液在400nm570nm所测得的吸光度值表3-1碱性品红溶液吸光度Tab.3-1 The Basic Fuchsin solution absorbency波长（nm）吸光度波长(n

33、m)吸光度4000.0054900.2164100.0135000.2344200.0235100.2464300.0395200.2834400.0635300.3314500.0945400.3874600.1275500.3954700.1675600.2974800.1995700.193由表3-1可知碱性品红在波长为550nm时有最大吸收波长。故实验时均在波长550nm下测定吸光度。 标准曲线的绘制配制标准溶液的浓度及其吸光度所测数据见表3-2，标准曲线图见图3-1。表3-2 标准溶液吸光度Tab.3-2 The standard solution absorbency样品编号浓 度

34、（mg/L）校正吸光度110.153220.298340.614460.942581.2766101.578图3-1 标准曲线Fig3-1 Standard curve由浓度C与吸光度A的关系式：C=6.251A+0.1026，标准曲线的线性系数R2达到0.9997，线性相关性好。3.2 改性粉煤灰最佳活化温度的确定取体积为100ml的100mg/L碱性品红溶液，各投加400mg250、350、450、550、650改性粉煤灰，在六联搅拌器上以300r/min速度搅拌30min,过滤后测其吸光度。数据见表3-3，改性粉煤灰活化温度与脱色率的关系见图3-2。表3-3改性灰最佳活化温度的确定Tab

35、.3-4 Determination of the 改性温度（）校正吸光度脱色率（%）0.26898.220.21198.580.23598.850.32897.850.36997.59图3-2改性灰活化温度与脱色率的关系由图3-2可得知经350改性后的粉煤灰吸附处理碱性品红效率最高，故350为粉煤灰的最佳改性温度。3.3 粉煤灰吸附处理碱性品红最佳条件的确定3.3.1 最佳粉煤灰投加量的确定取体积为100ml的100mg/L碱性品红溶液，投加200mg、400mg、600mg、800mg、1000mg的粉煤灰，在六联搅拌器上以300r/min速度搅拌30min,过滤后测其吸光度。数据见下表3

36、-4，投加量与脱色率的关系见图3-3。Tab.3-4 Determination of the optimum adding amount of fly ash粉煤灰量（mg）校正吸光度脱色率（%）0.96593.950.17098.830.06099.500.02999.690.02499.72图3-3原灰投加量与脱色率的关系 由图3-3可知在实验范围内，随粉煤灰投加量的逐渐增加，碱性品红染料溶液的去脱色率渐渐增大。这说明对于色度的去除，主要靠吸附作用，絮凝作用对色度去除效果不如吸附作用明显。粉煤灰对印染水中有色物质的吸附是固体在溶液中的吸附，其吸附剂、溶质、溶剂三者极性不同对吸附量是有影响

37、的。一般非极性的吸附剂易于吸附非极性强的物质。粉煤灰属非极性吸附剂，而印染废水中引起色度的物质，大多数为极性较差的有机物，因此易被吸附剂吸附。所以，粉煤灰能较好地吸附废水中的有色物质，具有较好的脱色效果。实际上投灰量增加会导致污泥量增加。不利于后续的污泥处理，根据实际运行的可行性分析和去除效果要求，确定本实验粉煤灰的最佳投加量为800mg/L。3.3.2 反应时间对处理效果的影响取体积为100ml的100mg/L碱性品红溶液，各投加800mg粉煤灰，在六联搅拌器上以300r/min速度搅拌15min、30min、45min、60min,过滤后测其吸光度。数据见下表3-5，搅拌时间与脱色率的关系

38、见图3-4。表3-5 反应时间对碱性品红去除率的影响Tab.3-5 Influence of reaction time on the removal of Basic Fuchsin 时间(min)校正吸光度脱色率（）150.02099.75300.01399.79450.01299.80600.01299.80图3-4搅拌时间与脱色率的关系 由图3-4结果可以看出：在吸附开始的一段时间内吸附量上升较快，以后慢慢趋于平缓。这种先快后慢的过程，是由于当粉煤灰刚刚加入废水中时，粉煤灰表面和溶液中染料分子的浓度差很大，因此产生的吸附推动力也很大，造成吸附刚开始一段时间进行较快。随着时间的推移，粉煤

39、灰表面和溶液中染料分子的浓度差逐渐减小，因而吸附推动力减弱，吸附过程趋于缓慢。3.3.3 搅拌速度对处理效果的影响取体积为100ml的100mg/L碱性品红溶液，各投加800mg粉煤灰，在六联搅拌器上各以150r/min、200 r/min、 250 r/min、 300 r/min的速度搅拌30min,过滤后测其吸光度。数据见表3-6，搅拌速度与脱色率的关系见图3-5。表3-6搅拌速度对碱性品红去除率的影响Table 3-6 mixing speed on the removal of alkaline magenta搅拌速度(r/min)校正吸光度脱色率（）1500.45897.06200

40、0.02199.742500.02799.713000.06899.45图3-5搅拌速度与脱色率的关系 由图3-5可得知，一开始，溶液脱色率随着搅拌速度的增大而增高，在200r/min后，随着搅拌速度的增大，脱色率下降，故最佳搅拌速度为200r/min。3.3.4 反应温度对处理效果的影响取体积为100ml的100mg/L碱性品红溶液，各投加800mg粉煤灰，控制温度25、35、45、55、65，在恒温振荡器内振荡1h过滤后测其吸光度。数据见表3-7，温度与脱色率的关系见图3-6。表3-7温度对处理效果的影响Tab.3-7 The influence of temperature on the

41、 effect of adsorption温度（）校正吸光度脱色率（%）250.03999.63350.02099.75450.01399.79550.01299.80650.01299.80图3-6 温度对吸附效果的影响Fig3-6 The influence of temperature on the effect of absorbtion图3-6中曲线表明，粉煤灰吸附碱性品红染料废水，随着温度的升高，脱色率也上升逐步达到平衡，说明升温有利于粉煤灰对碱性品红的吸附。3.4 改性粉煤灰吸附处理碱性品红最佳条件的确定3.4.1 最佳粉煤灰投加量的确定取体积为100ml的100mg/L碱性品红

42、溶液，各投加200mg、300mg、400mg、500mg、600mg、700mg、800mg、900mg、1000mg的改性粉煤灰，在六联搅拌器上以300r/min搅拌30min,过滤后测其吸光度。数据见表3-8，吸附效果见图3-7。表3-8改性灰投加量对处理效果的影响Table 3-8 modified ash dosage to deal with the effects改性粉煤灰量（mg）校正吸光度脱色率（%）1.39091.340.42597.260.22498.500.14299.000.08699.340.00999.820.00599.840.00499.850.00399.8

43、5图3-7 改性灰投加量对吸附效果的影响3.4.2 反应时间对处理效果的影响取体积为100ml的100mg/L碱性品红溶液，各投加800mg改性粉煤灰，在六联搅拌器上以300r/min搅拌15min、30min、45min、60min,过滤后测其吸光度。数据见表3-9，效果见图3-8。表3-9反应时间对处理效果的影响时间(min)校正吸光度脱色率（）150.02499.75300.01299.82450.01199.83600.01199.83图3-8 反应时间对吸附效果的影响由图3-8得知改性粉煤灰的最佳反应时间为30min。3.4.3 搅拌速度对处理效果的影响取体积为100ml的100mg

44、/L碱性品红溶液，各投加800mg改性粉煤灰，在六联搅拌器上以150r/min、200r/min、250r/min、300r/min的速度搅拌30min,过滤后测其吸光度。数据见表3-10，影响见图3-9。表3-10搅拌速度对处理效果的影响搅拌速度(r/min)校正吸光度脱色率（）1500.40297.402000.02199.742500.02699.713000.06499.48图3-9 搅拌速度对吸附效果的影响3.4.4 反应温度对处理效果的影响取体积为100ml的100mg/L碱性品红溶液，各投加800mg粉煤灰，控制温度25、35、45、55、65，在恒温振荡器内振荡1h过滤后测其吸

45、光度。数据见表3-11，反应温度影响见图3-10。表3-11反应温度处理效果的影响温度（）校正吸光度脱色率（%）250.02499.72350.01699.77450.01299.80550.01099.81650.01099.81图3-10 反应温度对吸附效果的影响3.5 正交试验为了确定实验因素之间的关系,制定了以下正交实验表表3-12 L9_3_4正交实验表L9_3_4123温度()A354555反应时间(min)B153045搅拌速度(r/min)C150200250投加量(mg)D6008001000实验结果 实验ABCD校正吸光度111110.051212220.011313330

46、.010421230.011522310.013623120.020731320.016832130.014933210.011均值10.0240.0260.0280.025均值20.0150.0130.0110.016均值30.0140.0140.0130.012极差0.0100.0130.0170.013正交实验的直观分析计算:1 数据计算可在实验计划表上进行,计算项目有: n次实验结果的平均值,计算式为: kij表示第j列因素(j=1,2,3,4),第i水平(i=1,2,3)实验结果之和。例如k12表示第二列因素第一水平结果之和。 wij表示第j列因素第i水平的效应，表达式为： Rj表示

47、第j列因素的最大效应与最小效应之差，有叫做极差，其表达式：Rj=（wij）max（wij）min2 因素主次分析从直观分析计算表中极差Rj的大小可以判断因素对指标影响的主次，Rj越大，表示第j号因素对指标的影响越小。本实验结果为RA=0.010,RB=0.013,RC=0.017,RD=0.013 ,故因素的主次关系为:A、B、D、C,即温度是影响改性灰处理效果的关键因素，反应时间和投加量是次要因素。3 最佳条件的选择根据各因素的最好水平，可得到一个最佳的处理条件为A1B3C3D3，即35条件下搅拌速度为250r/min,投加量为1g/L，反应45min。3.6 吸附热力学 吸附等温线的测定取

48、V=100mL，浓度分别为10 mg/L、20 mg/L、40mg/L、60 mg/L、80 mg/L、100 mg/L的碱性品红溶液，改性粉煤灰投加量为，分别在35下振荡1h。过滤后测其吸光度。数据见下表3-13，等温线见图3-11。 表3-13C（mg/L）吸光度Ce（mg/L）qe100.0030.1201.23200.0040.1262.48400.0080.1514.98600.0090.1587.48800.0090.1589.981000.0140.18912.48图3-11 等温吸附的一般形式Figure 3-11 图3-11所示的吸附等温线形状，按照Giles等人对溶液吸附等

49、温线的分类属于S型，可用Langmuir模式拟合 等温线吸附规律的数学模拟描述吸附等温线规律的数学表达式称为吸附等温式，常用的有Freundlich吸附等温式、Langmuir吸附等温式和吸附等温式。本文仅用Langmuir吸附等温式进行拟合。 Langmuir等温吸附模型的数学表达式为： （3-1）式（3-3）可转化为下面的线性形式： （3-2）根据吸附平衡实验数据，按式（3-2）作图得一条直线，其斜率和截距求出q0和b的值。q0值可用来比较同一吸附剂对不同吸附质的吸附能力相对大小，q0大者，吸附能力强；b为吸附常数，其值与吸附能有关。按照表3-11中的数据作图,如下:图3-12 Langm

50、uir吸附等温线Fig 3-12 Langmuir model at different temperature并用Langmuir吸附等温式进行拟合，lgCe/qe=0.1204Ce+0.2678 从拟合结果可以看出：改性粉煤灰对水中碱性品红的吸附规律可较好地用Langmuir吸附等温式描述。3.7 吸附动力学 吸附速率常数的求取 （3-5） 式中：D颗粒内有效扩散系数；吸附速率常数的求取可以用多种吸附动力学模式求得，本文仅用Bangham模式和Langmuir模式进行拟合。Bangham动力学模式为： （3-6）式中： q吸附量，mg/g； K表观速率常数； 1/m吸附速率常数将式（36）积分得： （3-7） 两边取对数得： (3-8) 按照式(3-8)对表(3-9)中相对应的吸附速率实验数据进行线性拟合，以 lgq对lgt作图得一直线，拟合结果见图3-13所示，求得直线方程及对应的相关系数为：lgq=0.1651lgt+0.