改性膨润土处理染料废水的实验研究

Posted 2023-01-12 膨润土

篇首语：最是人间留不住，朱颜辞镜花辞树。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了改性膨润土处理染料废水的实验研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

對產自遼宁某地的鈣基膨潤土通過不同程度的改性處理，用于處理染料廢水，比較了不同改性后的膨潤土處理染料廢水的效果。處理效果最佳的是柱撐酸化膨潤土，其對染料廢水COD的去除率可達80%以上，色度去除率可達95%以上。
關鍵詞：膨潤土；酸化；柱撐；染料廢水；脫色
染料企業在我國分布較廣，由于染料廢水日排出量大、色度高、水質复雜等特點，使其很難用傳統的方法處理且對水環境的危害十分嚴重。膨潤土在我國儲量大，价格便宜，是一种以蒙脫石為主要礦物的黏土岩。蒙脫石是种具有2︰1型層狀結构的硅酸鹽礦物，具有很好的膨脹性、可塑性、黏結性和陽离子交換性能，因此膨潤土及其制品已經在建筑、石油化工、冶金、環境等領域得到廣泛的應用。但未改性的膨潤土處理染料廢水的效果不理想，因此在使用前必須進行改性。目前國內外對酸化膨潤土再進行柱撐和對柱撐膨潤土再進行酸化的實驗研究少有報道，本實驗就是通過對膨潤土的不同改性，簡要探討其對染料廢水的處理效果，并簡單探索了其循環再生利用過程。
1 實驗
1.1 實驗儀器和藥品
膨潤土：遼宁某地鈣基膨潤土，經干燥、粉碎、研磨過200目篩，顏色為灰黃色。主要藥品：Na2CO3，H2SO4，AlCl3。實驗廢水：邢台市某染料厂酸性大紅染料廢水，ρ(COD)為1027mg/L，pH值為723；杭州市某染料厂
分散艷藍染料廢水，ρ(COD)為973mg/L，pH值為6.87。實驗所有用水均為二次蒸餾水。
實驗儀器：電熱恒溫水浴鍋、惠而浦TG200X型微波爐、HZ24型回轉振蕩槽、高速离心机、恒溫干燥箱、馬弗爐、721分光光度計。
1.2 實驗方法
1.2.1 鈉化
以質量分數為4%碳酸鈉溶液為改性劑，加入到礦漿含量為15%的鈣基膨潤土溶液中，攪拌15min后，放入大量筒之中采用沉降法提純，24h之后，提取上層30cm的懸液及提取-2μm粒級的膨潤土，于70℃下干燥，制得鈉化膨潤土。
1.2.2 酸化
取本實驗所用鈣基膨潤土配成一定比例的溶液后，加入質量分數為20%的H2SO4，在電熱恒溫水浴鍋中95℃下每隔15min攪拌一次，恒溫4h后；取出洗
滌至pH值為4～5后，在恒溫干燥箱中110℃溫度條件下干燥得到酸化膨潤土。
1.2.3 微波柱撐
取本實驗所用鈣基膨潤土配成一定比例的溶液后，加入一定量的AlCl3溶液，置于微波場中在一定的微波功率下微波柱撐10min；取出洗滌至無氯离子
，在恒溫干燥箱中70℃溫度條件下干燥后得到柱撐膨潤土。
1.2.4 柱撐酸化膨潤土
取本實驗所制酸化膨潤土若干克，配成一定比例的溶液后加入一定量的AlCl3溶液，微波場中在一定的微波功率下微波柱撐10min；取出洗滌至無氯离
子，在恒溫干燥箱中70℃溫度條件下干燥后得到柱撐酸化膨潤土。
1.2.5 酸化柱撐膨潤土
取本實驗所制柱撐膨潤土若干克，配成一定比例的溶液后，加入質量分數20%的H2SO4在電熱恒溫水浴鍋中95℃下每隔15min攪拌一次，恒溫4h后，取出洗滌至pH值為4～5，在恒溫干燥箱中110℃溫度條件下干燥后得到酸化柱撐膨潤土。
1.2.6 廢水處理方法
酸性大紅染料廢水和分散艷藍染料廢水處理方法：各取100mL染料廢水放入250mL錐形瓶中，加入一定量的改性膨潤土，攪拌振蕩1h后离心取上層清液，檢測脫色率和COD去除率。
1.3 實驗檢測方法
COD：重鉻酸鉀法；色度去除率=(1-A/A0)×100%，A0為處理前吸光度，A為處理后吸光度。
2 結果与討論
原鈣基膨潤土的比表面積為737235m2/g，鈉化后比表面積為857217m2/g，酸化改性后比表面積為1565307m2/g，微波柱撐后比表面積為1765814m2/g，將酸化土柱撐后比表面積變為2855169m2/g，將柱撐土再酸化后比表面積變為1173955m2/g；各改性膨潤土XRD對比圖如下。由圖1可以看出，各改性膨潤土X衍射(XRD)圖的d(001)面衍射峰的銳度和對稱度都有所變化和不同。d(001)值的大小依次為：柱撐酸化膨潤土>柱撐膨潤土>酸化膨潤土>酸化柱撐膨潤土>原土>鈉化膨潤土。由于比表面積和d(001)值的不同，處理染料廢水的效果也就不同。

2.1 不同改性膨潤土對酸性大紅染料廢水處理效果的影響
量取6份100mL的酸性大紅染料廢水，分別加入到250mL錐形瓶中，再分別加入20g原土、鈉化膨潤土、酸化膨潤土、柱撐膨潤土、酸化柱撐膨潤土、柱撐酸化膨潤土后，放入回轉振蕩槽中室溫下振蕩1h，离心取上層清液測COD和脫色率。處理效果如圖2所示。

2.2 不同改性膨潤土對分散艷藍染料廢水處理效果的影響
量取6份100mL的分散艷藍染料廢水，分別加入到250mL錐形瓶中，再分別加入20g原土、鈉化膨潤土、酸化膨潤土、柱撐膨潤土、酸化柱撐膨潤土、柱
撐酸化膨潤土后放入回轉振蕩槽中，室溫下振蕩1h，离心取上層清液測COD和脫色率。處理效果如圖3所示。

從圖2可看出，原土對酸性大紅染料廢水几乎沒有去除率，而經改性后的膨潤土的吸附性得到了很大的提高，其中以柱撐酸化膨潤土的性能最佳。從圖3也可看出，原土對分散艷藍染料廢水的去除效果最差，而柱撐酸化膨潤土的去除效果最佳。因為經酸化改性后的膨潤土与原土相比，其孔道擴大，并削弱了原來的層間鍵力，在酸化改性的基礎上，用正電荷的柱撐劑對其進行柱撐，這將再次顯著提高其
孔徑及層間距等特性，隨之其吸附性也顯著提高，因此柱撐酸化膨潤土的吸附效果最佳。
2.3 循環再生利用討論
為了提高膨潤土的利用率，盡可能地減少污染物的二次污染，簡單討論了膨潤土再生利用的可能性，即將吸附了染料廢水的膨潤土在500℃下燒4h后，再用于吸附染料廢水比較處理前后吸附效果的差异，即可得出膨潤土是否具有循環再利用性。通過試驗發現，吸附了染料廢水的膨潤土在500℃下燒4h后，可再次用于吸附染料廢水，但吸附效果有輕微下降，說明膨潤土有再利用的价值。
3 結語
膨潤土經不同改性后其膨脹性、吸附性及層間距和內部結构都發生了不同的變化，所以處理廢水的效果也就不同。染料、染色廢水的治理對于減少水体環境污染十分重要，因此探索和開發新型環保功能材料，對保護環境意義重大。由于酸化和柱撐改性法的特點是生產速度快、成本較低，工業上較容易實現，因此將在廢水處理方面具有非常廣闊的應用前景。
參考文獻：
曾秀瓊.無机有机膨潤土對活性艷紅染料廢水的處理[J].環境科學与技術，2000
(3)：3032.
冀靜平，祝万鵬，孫欣.膨潤土的改性及對染料廢水的處理研究[J].中國給水排水，1998，14
(4)：79.
曹明禮.蒙脫石層間化合物的制備及其應用前景[J].材料導報，2001，15
(4)：3032.