以纖維為造孔劑的粉煤灰基吸附材料制備及其對(duì)染料的吸附性能研究.pdf

1、印染廢水具有色度高、溶解性高、可生化性差等特點(diǎn)，大量印染廢水排入水體，不僅給環(huán)境造成了巨大損害，還對(duì)人類(lèi)健康構(gòu)成了極大威脅。吸附技術(shù)因其操作簡(jiǎn)單、成本低、周期短等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注?；钚蕴烤哂斜缺砻娣e大、孔隙發(fā)達(dá)等特點(diǎn)，是國(guó)內(nèi)外最常用的吸附劑，但其孔徑較小，一般小于2nm，不利于染料分子的吸附。粉煤灰是火力發(fā)電廠(chǎng)的固體廢棄物和副產(chǎn)品，主要成分是SiO2和Al2O3，本身具有大量微孔和很高的比表面積，可以用作吸附劑。造紙污泥是處理制漿造紙廢水的

2、副產(chǎn)物，有機(jī)物含量豐富，含有大量細(xì)小纖維，以造紙污泥制備得到造紙纖維，加熱過(guò)程中其中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素?zé)峤猱a(chǎn)生大量氣體，可作為造孔劑。
　　本實(shí)驗(yàn)以粉煤灰為骨料、膨潤(rùn)土為粘結(jié)劑、造紙纖維為造孔劑，使用顆粒機(jī)擠壓成型后干燥，并用氣氛燒結(jié)爐燒結(jié)制備得到具有一定機(jī)械強(qiáng)度、低成本、高吸附性能的粉煤灰基造紙纖維造孔劑吸附材料(Granular adsorbent based on flyash with fiber as pore-

3、forming agent，GAFF)，并將其應(yīng)用于亞甲基藍(lán)和龍膽紫染料廢水的處理。本試驗(yàn)內(nèi)容主要包括GAFF的制備，GAFF對(duì)亞甲基藍(lán)和龍膽紫的吸附研究和GAFF與活性炭性能對(duì)比及其表征。
　　GAFF制備流程為:(1)分散造紙污泥制備造紙纖維;(2)纖維懸浮液離心;(3)濕式混合原材料;(4)快速烘干材料至原重;(5)粉碎材料，干式混合原材料;(6)機(jī)械擠壓成型;(7)低溫脫水干燥;(8)燒結(jié)。首先，采用超聲波法處理造紙污泥制

4、備纖維，使用倒置熒光顯微鏡觀(guān)察漿液濃度、超聲功率和超聲時(shí)間對(duì)纖維分散程度的影響，最終確定當(dāng)漿液濃度為0.2g/100mL，超聲功率為400W，超聲時(shí)間為15min時(shí)制備的纖維分散程度最好。其次，材料成型后的干燥階段也至關(guān)重要，為了防止材料干燥階段出現(xiàn)裂痕，影響GAFF的吸附性能，本試驗(yàn)以亞甲基藍(lán)和龍膽紫染料吸附量和材料散失率為指標(biāo)，比較五種不同的干燥制度，并最終確定最佳干燥制度為室溫下烘干24h后，依次置于70℃、105℃的烘箱中12h

5、。然后，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)研究了燒結(jié)溫度、粉煤灰:膨潤(rùn)土比例、造紙廢渣添加比和升溫速率對(duì)GAFF吸附性能的影響，并為正交試驗(yàn)各因素確定合適的水平值。最后，設(shè)計(jì)四因素三水平正交試驗(yàn)，以龍膽紫吸附量和散失率為指標(biāo)，確定GAFF最佳的制備條件為:燒結(jié)溫度為630℃，粉煤灰:膨潤(rùn)土比例為2∶1，造紙廢渣添加比為3％，升溫速率為0.2℃/min。
　　亞甲基藍(lán)和龍膽紫染料是常見(jiàn)的堿性陽(yáng)離子染料，具有分子量相似但分子結(jié)構(gòu)不同的特點(diǎn)，可用于比較吸附

6、質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)吸附量的影響。此外，該兩種染料應(yīng)用廣泛，對(duì)環(huán)境和人體健康造成危害。本研究使用自制吸附材料GAFF處理以上兩種染料，并研究了溶液初始pH、染料濃度和反應(yīng)溫度對(duì)吸附過(guò)程的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)pH值小于5時(shí)，pH值對(duì)GAFF吸附量有很大影響;當(dāng)pH值大于5時(shí)，pH值對(duì)GAFF吸附量影響較小;升高反應(yīng)溫度及增大染料初始濃度，吸附量也隨之增大。并且當(dāng)溶液pH值為7，反應(yīng)溫度為50℃時(shí)，GAFF對(duì)亞甲基藍(lán)和龍膽紫的最大吸附量分別是216.

7、57mg/g、682.59mg/g。本試驗(yàn)采用Langmuir、Freundlich和Tempkin吸附等溫線(xiàn)擬合吸附數(shù)據(jù)，通過(guò)比較R2值可以得出Langmuir等溫線(xiàn)更適合擬合GAFF對(duì)兩種染料的吸附。使用擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)、擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)和顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型擬合數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)該吸附過(guò)程更符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。吸附熱力學(xué)研究表明，GAFF對(duì)亞甲基藍(lán)和龍膽紫染料的吸附能夠自發(fā)進(jìn)行，物理吸附起主導(dǎo)作用。
　　將GAFF與活性炭GAC1、GAC2進(jìn)行

8、SEM/EDX表征、比表面積及孔徑分布測(cè)試和吸附亞甲基藍(lán)和龍膽紫研究。SEM/EDX結(jié)果表明GAFF表面存在大量不規(guī)則的孔，而GAC1和GAC2表面皆是小孔。GAFF與活性炭GAC1、GAC2的比表面積分別是19.54m2/g、1166.95m2/g、755.22m2/g，平均孔徑分別是90.10nm、2.27nm、0.47nm。GAFF與活性炭GAC1、GAC2對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量分別是200.20mg/g、362.78mg/g、256