膨润土对染料废水中的甲基紫吸附研究:影响因素及最佳吸附条件探讨

摘要：本文用膨润土作为吸附剂，甲基紫为吸附质，通过单因素控制实验法探讨了吸附时间、温度以及溶液pH对吸附效果的影响，通过对实验数据的分析探求膨润土吸附甲基紫的最佳吸附时间、温度、溶液pH，分析了膨润土对甲基紫的吸附效果及实现的难易程度，为膨润土作为处理工业废水的吸附剂的开发利用提供科学依据。

关键词：膨润土；吸附；染料废水；甲基紫

0、引言

我国社会经济正处于高速发展阶段、人口众多，且水资源在时间和空间分布上都不均匀，导致我国水资源人均占有量极为有限。随着工业经济的发展、城市化的推进，污水的排放量不断增大，尤其是工业生产中排放的废水给环境造成了巨大的冲击。国家环保局统计资料表明，环境问题所造成的财产损失占据国民生产总值的10%左右[1]。在我国，排放工业废水的行业主要有化工、食品、金属冶炼、纺织印染行业等。其中，印染废水的排放总量约为（3×106 m?～4×106 m?）.d-1，且随着纺织印染行业的迅速发展，各种新型染料的不断投产使用，使得染料废水中污染物组成成分不断变化，其对环境造成的污染日趋严重[2]。

目前，国内外研究的染料废水脱色方法比较多，对各种染料废水治理的方法进行分类，按作用原理大致可分为物理处理法、化学法、生物法以及此三种方法的组合[3，4]。相对于化学法和生物处理法，吸附法可以有效去除染料废水中的剧毒物质和难降解的污染物，处理成本低、工艺简单、占地面积小、无二次污染、并且处理后水质稳定。因此吸附法在染料废水的处理中发挥着不可取代的作用。近些年，针对膨润土对染料废水的脱色处理国内外学者做了广泛研究。赵东源[5]利用天然蒙脱石对印染废水进行处理，对化学药剂、蒙脱石用量、温度、时间、pH值等对吸附去除率的影响进行了探讨，结果显示，天然蒙脱石能很好地吸附酸性环境下的阳离子染料，对其去除率高达90%，对废水的COD去除率也非常高；张林生等[6]研究了膨润土原土对几种不同类型的染料的吸附性能；Tahir等[7]研究了膨润土对孔雀石绿溶液的吸附行为，吸附效果良好，其吸附过程用Langmuir和Freundlich模型均可以解释。本文采用单因素试验的方法，以甲基紫作为吸附质对膨润土的吸附特性进行研究，探究膨润土吸附能力。

1、膨润土的简介及吸附量计算方法

1.1 膨润土的简介

膨润土又叫蒙脱土或斑脱岩，其主要成分是蒙脱石的黏土岩，是一种广泛分布的非金属矿产之一。它的主要成分蒙脱石，是由两层硅氧（Si-O）四面体和一层铝氧（Al-O）八面体构成的2 ： 1型三层结构的硅酸盐矿物，属于单斜晶系。其中，晶格中的四面体和八面体靠其间共用的氧原子连接。其结构可以表示为：Nax（H2O）4{（Al2-xMgx）[Si4O10]（OH）2}，没有层间分子时，蒙脱石的化学组成为：SO2 66.7%，A12O3 28.3%，H2O 5.0%。

1.2 吸附量计算方法

取一定量的膨润土投加到装有一定体积的甲基紫溶液中，调节pH值最佳后在一定温度下水浴振荡反应，反应一定时间后取出，置于离心管中于离心机中离心，取上清液，以蒸馏水为参比，用722可见光分光光度计在吸收波长为585 nm处测定其吸光度，其吸附量用以下公式计算：

Ct―为吸附t时间后上清液的浓度，若吸附达到平衡，Ce为吸附达到平衡后染料溶液浓度，相对应的吸附量为qe

由于上式没有考虑溶剂附着在吸附剂的表面而引起的溶液浓度的变化，所以，此方法得到的是表观吸附量。在稀溶液中，真实吸附量与表观吸附量近似相等；在浓溶液中，需要注意真实吸附量与表观吸附量的关系，并根据表观吸附量求出真实的吸附量。

其中，甲基紫染料溶液浓度的测定可采用可见光分光光度计测量最大吸收波长处的吸光度。由资料可得，甲基紫的最大吸收波长为585 nm。由浓度C与吸光度A的关系A=-0.0222+0.12977 C ，R2=0.99995，可通过测定甲基紫溶液的吸光度来计算溶液浓度。

2、单因素试验

2.1 时间对吸附效果的影响

取8个250 mL的锥形瓶，分别准确加入50 mg膨润土和100 mL、50 μg/mL的甲基紫溶液；盖上瓶塞，置于298 K水浴振荡器中恒温振荡，每间隔10 min取出其中一个锥形瓶；置于离心管中于离心机中以1000 r/min的转速离心4 min；取上清液，以蒸馏水为参比，用722分光光度计在585 nm测定其吸光度A（若上清液浓度超出标准曲线的吸光度范围，需要稀释有一定倍数后测吸光度）。通过标准曲线计算出溶液中甲基紫的剩余浓度，并通过公式计算出膨润土的吸附量，用实验所得数据作出吸附时间与膨润土吸附量的关系，如图1所示。

由图1可以看出，振荡时间小于60 min时，膨润土的吸附量随着时间的增加迅速增加；当吸附达到60 min后，膨润土吸附量增加缓慢，到最后基本保持不变，即吸附逐渐达到平衡。

2.2 温度对吸附效果的影响

取6个250 mL锥形瓶，分别向其中准确加入100 mL、50 μg/mL的甲基紫溶液和80 mg膨润土，盖上瓶塞；分别置于25、30、35、40、45、50℃水浴振荡器中恒温振荡70 min；在离心机中以1000 r/min的转速离心4 min，取上清液；以蒸馏水为参比，用722分光光度计在585 nm测定其吸光度A。通过标准曲线计算出溶液中甲基紫的剩余浓度，并通过公式计算出膨润土的吸附量。用所得实验数据作出吸附温度与膨润土吸附量的关系，如图2所示：

由图2可以看出，膨润土的吸附量随着反应温度的升高而增加，说明该吸附反应是吸热反应，但吸附量随温度变化的量比较小，因而温度对膨润土的吸附能力影响较小。在实际废水处理中，升高温度需要一定的成本，所以综合考虑，本实验的最佳吸附温度定为303 K。

2.3 溶液pH对吸附效果的影响

甲基紫是一种碱性阳离子染料，其本身为碱性，其变色范围为：pH为0.13～0.5 黄至绿；1.0～1.5 绿至蓝；2.0～3.0 蓝至紫。当甲基紫颜色发生变化时，其分子结构也发生了变化，并且由实验可知：当pH>13.00后，甲基紫溶液开始产生乳白色絮凝沉淀。因此，为了保证实验数据的准确性，在做pH对吸附的影响的实验中，只考虑它的显色并且不变色范围内的情况，即3.00≤pH≤13.00时膨润土吸附量随甲基紫溶液pH值的变化情况。

取5个250 mL锥形瓶，分别准确加入100 mL、50 μg/mL的甲基紫溶液，用0.1 mol/L稀盐酸和0.1 mol/L NaOH调节溶液pH，借助pH计分别调节甲基紫溶液的pH为：2、4、6、8、10、12，并测得甲基紫溶液的初始pH为7.08；再分别向其中加入80 mg膨润土，盖好瓶塞，于303 K水浴振荡器中恒温振荡70 min；在离心机中以1000 r/min的转速离心4 min，取上清液；以蒸馏水为参比，用722分光光度计在585 nm测定其吸光度A。通过标准曲线计算出溶液中甲基紫的剩余浓度，并通过公式计算出膨润土的吸附量。用所得实验数据作出膨润土吸附量与甲基紫溶液pH的关系图，探讨pH对膨润土吸附甲基紫效果的影响，如图3所示：

由图3可以看出，随着pH的增大，膨润土的吸附量先增大再减小。并在pH=6.55时，膨润土吸附量达到最大。

当在3.00

当pH>8.00，随着pH值的继续增大，膨润土的吸附能力逐渐减弱。一方面，可能是由于随着pH的升高，溶液碱性加强，OH―与甲基紫染料发生反应，影响了膨润土吸附甲基紫，因而使膨润土的吸附量降低；另一方面，可能是由于pH值过高，在强碱条件下，膨润土中的Ca2+，Mg2+与OH―生成沉淀，覆盖了膨润土的活性位点，不利于膨润土吸附染料甲基紫，因而使膨润土的吸附量变小。

由此可以得出，染料废水在偏弱酸性和中性的条件下，更有利于膨润土吸附甲基紫。并且，改变染料废水的pH又带来了另一种污染，因此在实际运用中不改变溶液的pH。

3 结 语

本文用膨润土作为吸附剂，甲基紫为吸附质，通过单因素控制实验法进行试验研究，并对所得数据进行分析，得到结论：膨润土的吸附量随着时间的增加而增大，当吸附达到一定时间后，吸附逐渐达到平衡，综合考虑，最佳平衡吸附时间定为70 min；随着反应温度的升高，膨润土吸附甲基紫的吸附量也逐渐增加，但是变化比较小，说明虽然该反应是吸热反应，但是温度对吸附的影响不大，综合考虑，最佳吸附温度定为303 K；综合考虑pH改变对吸附效果的影响和对环境的影响，在吸附过程中不需要改变甲基紫溶液的pH。实验表明，膨润土对甲基紫的吸附效果比较好，甲基紫的去除率较高。因此，研究采用膨润土处理染料废水具有广阔的社会经济效益，对环境治理也具有重大的意义。

参考文献：

[1]梁淑轩，孙汉文.中国工业废水污染状况及影响因素分析[J].环境科学与技术，2007，5（30）： 43-47

[2]凌芳，李光明.染料废水的治理现状及展望[J].江苏环境科技，2006，19（2）： 99-102

[3]刘立华，张连瑞.处理染料废水的研究进展[J].化工科技市场，2005，11：21-22

[4]李大鹏.电化学氧化处理印染废水的过程和特性[J].中国给水排水，2002，18（5）：6-9

[5]赵东源，陈尔庭，任继光等.环境污染与防治，1993，15（5）：23

[6]张林生.印染废水处理技术及典型工程[M].化学工业出版社，2005， 37-43

[7]Tahir S.S，Naseem R.Removal of a cationic dye from aqueous solutions by adsorption onto bentonite clay[J].Chemosphere，2006，63：1842-1848