壳聚糖改性沸石吸附废水中苯酚的研究 .doc

壳聚糖改性沸石吸附废水中的苯酚 李增新，孟韵，梁强，王彤 青岛大学师范学院化学系，山东 青岛266071 开发新型低成本苯酚吸附剂是含酚废水处理技术的重点。采用90％脱乙酰度壳聚糖制备改性沸石，在与天然沸石对比的基础上，研究了改性沸石去除废水中的效果。并对影响去除率的主要因素，包括壳聚糖与斜发沸石质量比、废水pH值，吸附时间，改性沸石用量，苯酚的质量浓度等进行研究。通过正交试验确定吸附废水中苯酚最佳工艺条件是：壳聚糖与沸石质量比为120，沸石－壳聚糖颗粒吸附剂用量为12 g·L-1，废水中苯酚质量浓度不大于40 mg·L-1，pH值为4～6，吸附平衡时间为35 min，苯酚去除率为90％；吸附适合用Langmuir吸附等温方程来模拟。 环境工程；斜发沸石；壳聚糖；吸附剂；苯酚中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（200）0-2168-05酚类化合物是一种细胞原浆毒，其毒性作用是与细胞原浆中蛋白质发生化学反应，形成变性蛋白质使细胞失去活性。含酚废水危害人体健康，破坏自然生态，造成环境污染。苯酚废水主要来源于化工和医药行业，难以用通常的生物处理技术处理，化学法、萃取法、焚烧法等由于技术或成本等原因，难以实用。吸附法是一种常用的含酚废水处理技术，常用的吸附材料有活性炭、硅胶、酸性白土、活性氧化铝和沸石分子筛等[3-6]，但由于这些材料的吸附容量小、吸附和再生速率慢、使用寿命短、吸附剂后处理困难。为了降低成本，近年来，利用非金属矿物改性吸附剂处理含酚废水研究较多[5-7]。目前，关于改性沸石处理废水中重金属、有机物污染物的相关研究已有报导，但用壳聚糖改性沸石处理含酚废水试验研究则少有报道。本文根据斜发沸石对有机物的吸附特性，利用壳聚糖在酸性溶液中带有正电荷的特性，将壳聚糖负载在斜发沸石上，制成固体复合吸附剂用于处理含酚废水。将廉价的斜发沸石与壳聚糖结合可以大幅度减少壳聚糖的用量、降低成本[7，910]。 天然斜发沸石(青岛莱西金山沸石厂)，原矿样呈灰色，硬度4～5，密度2.16，晶体属单斜晶系。主要化学成分：SiO272.1%；Al2O314%；CaO 8.8%；K2O 0.11%；Fe2O3 0.44%；Na2O 0.18%；结晶水及其它：4.40%。苯酚(分析纯)；壳聚糖 (青岛海普生物技术有限公司)，脱乙酰度为90％；苯酚废水，采自某药厂，含苯酚量为959 mg·L-1，pH为3.6。 原子吸收分光光度计 (北京第二光学仪器厂)；PHS-3B酸度计(上海雷磁仪器厂)；恒温磁力搅拌器 (上海沪西分析仪器厂)。 取50 g斜发沸石于马氟炉中700 ℃下煅烧3 h，取出冷至室温，加入一定浓度的盐酸，90 ℃下恒温4 h，离心分离，洗净，加10%草酸溶液，室温下搅拌过夜，离心分离，洗涤，120 ℃下烘干得酸活化斜发沸石，备用。 称取1 g壳聚糖加入缓慢搅拌的20 mL 10%的草酸及5 mL 1%的乙酸混合溶液中， 将此混合物加热到50 ℃，使之完全溶解，室温下为淡黄色粘滞性溶胶。调整草酸、乙酸用量可得不同浓度的壳聚糖溶胶[8]。取3%壳聚糖溶胶10 mL，用10 mL去离子水稀释，50 ℃下搅拌1 h后，缓慢加入5 g斜发沸石，持续搅拌5 h，离心分离，洗涤，抽滤后样品于55 ℃真空干燥至恒重, 得直径为1 mm的桔黄色斜发沸石－壳聚糖颗粒。 称取一定量斜发沸石－壳聚糖于锥形瓶中，加入一定量的一定浓度的苯酚溶液和废水，震荡，吸附一定时间后，取上清液用4-氨基安替比林分光光度法测定溶液的吸光度，计算吸附率E0。 E0（%）＝[(C0－C1)/C0]╳100 式中：C0－吸附前苯酚质量浓度，C1－吸附后苯酚质量浓度 将壳聚糖与斜发沸石不同质量比的复合吸附剂分别加入40 mg·L-1苯酚溶液中，吸附后苯酚的去除率见图1。 由图可见随着壳聚糖与斜发沸石质量比的增加，复合吸附剂的苯酚去除率增加。这说明在吸附中，壳聚糖起主要作用。当壳聚糖与斜发沸石质量比小于0.05时，去除率和吸附容量变化幅度较大，而在质量比大于0.05之后，变化幅度变缓。说明壳聚糖与斜发沸石质量比以0.05为佳。以下复合吸附剂均采用此配比。 图1 壳聚糖与斜发沸石质量比对苯酚吸附性能影响 Fig. 1 Effect of mass ratio of chitosan and zeolite on adsorption ratio 2.2 苯酚废水pH值对吸附性能的影响 图2 pH值对苯酚吸附率的影响 Fig 2 Effect of pH value on adsorption ratio 实验测定了不同pH值时复合吸附剂对苯酚的去除率变化关系如图。由图2可见，不同