凹凸棒活性炭复合滤料对刚果红的吸附性能研究

[文章编号]1007-1865(2010)01-0020-03
Research on The Adsorptive Propeties of Attapulgite Activated Carbon Composite Material to Congo Red
Xu Boluo, Wang Zheng, Yang Kaicheng, Liu Lu, Shen Mingyang, Lu Xia, Sun Hai (Nanjing Forestry University, College of Civil Engineering, Nanjing 210037, China)
Keywords: attapulgite activated carbon composite material；Congo red； dsorption；study
1 研究内容和实验方法
1.1 实验仪器和药品
1.1.1 实验仪器
2 所示。
BS224 精密天平：德国 SARTORIUS 公司； ZD-85 恒温 振荡器：常州国华电器有限公司；SHB-III 型循环水式多用真 空泵：郑州长城科工贸有限公司；UV759 紫外-可见光分光光 度计：上海精密科学仪器有限公司；PHS-3C 型精密 pH 计： 上海精密科学仪器有限公司；KS-600D 型超声波清洗机：宁 波海曙科生超声设备有限公司；L-550 型台式低速离心机：湖 南湘仪离心机仪器有限公司。 1.1.2 药品
[收稿日期] 2009-10-15
[基金项目] 南京林业大学2009年大学生科技创新项目(200973) [作者简介] 许波萝(1987-)，女，江苏南通人，主要研究方向为水处理理论与技术。
2010 年 第 1 期 第 37 卷 总第 201 期
以看出，刚开始吸附速度很快，60 min 时吸附 基本达到平衡，之后增加吸附时间，去除率变化很小，因此， 吸附平衡时间为 60 min。
1.3 实验方法
图 1 滤料外观照片 Fig.1 Appearance photos of filter material
采用静态吸附实验，准确称取一定质量的凹凸棒活性炭复 合滤料置于具塞锥形瓶中，然后注入一定体积和浓度的刚果红 溶液，将其放在恒温振荡器上，在一定温度下振荡，振荡速度 150 r/min。一定时间后取出溶液，把溶液倒入离心管中离心， 取上层清液测定吸附后刚果红的浓度。采用可见分光光度法在 488 nm测定刚果红溶液的吸光度值确定刚果红的浓度[2]。
2.3 pH 对吸附效果的影响
取 5 个具塞锥形瓶，固定其他条件不变，溶液 pH 调节为 1，3，7，10，14，研究凹凸棒活性炭复合滤料对刚果红的吸 附。振荡 60 min 后，测量溶液中刚果红的浓度，计算去除率， 结果如图 4 所示。
100
99
98
去除率/%
97
96
95
94
93
92
3
6
9
12
pH
图 4 pH 对凹凸棒活性炭复合滤料吸附效果影响
Fig.4 Influence of pH on the adsorptive effects of attapulgite
activated carbon composite material
由图 4 可以看出，去除率随着 pH 的增大而减小，由于刚 果红离解带负电荷，随着 pH 增大，溶液中存在的质子减少， 能中和的离解带负电荷的刚果红减少，与滤料的吸附点位结合 的刚果红的数目减少，去除率减小[3]。
100
80
去除率/%
60
40
20
0
2
4
6
8
投加量/g
图 3 投加量对凹凸棒活性炭复合滤料吸附效果影响
Fig.3 Influence of dosage on the adsorptive effects of
attapulgite activated carbon composite material
合，即以Ce/qe-Ce作图，如图7所示。
如图7所示，在实验浓度范围内有较好的线性关系，相关 系数 R2在0.97以上。根据等 温线(图7)可 得到线性方程 ： Ce/qe=0.418Ce+4.1583，R2=0.9726。
再用 Freundlich 等温吸附方程对实验数据进行拟合，
Freundlich 等温吸附方程式为：
40 60 80 100 120 140 160 180 200
原始浓度/( mg.L-1)
图 6 初始浓度对凹凸棒活性炭复合滤料吸附效果影响 Fig.6 Influence of initial concentration on the adsorptive effects
of attapulgite activated carbon composite material
去除率/%
由图 6 可以看出，在 40～80 mg/L 中，去除率逐渐上升，
说明在这个范围内随着原水浓度上升，滤料的吸附性能也逐渐
上升，在 80～200 mg/L 中，去除率逐渐下降，说明滤料吸附
已饱和，由于浓度增加，滤料表面的活性位浓度降低，吸附的
推动力逐渐减小，故去除率逐渐减小。
2.6 吸附平衡等温线
除处理效果的影响。实验结果表明，25 ℃时，在中性 50 mg/L 的刚果红溶液中，振荡 60 min，凹凸棒活性炭复合滤料对刚果红溶液的吸附可达
平衡。凹凸棒活性炭复合滤料作为吸附剂处理含刚果红废水，是一种有效的方法。
[关键词]凹凸棒活性炭复合滤料；刚果红；吸附；研究
[中图分类号]TQ
[文献标识码]A
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广东化工
2010 年 第 1 期 第 37 卷 总第 201 期
凹凸棒活性炭复合滤料对刚果红的吸附性能研究
许波萝，王郑，杨铠诚，刘璐，申明杨，芦霞，孙海
(南京林业大学 土木工程学院，江苏 南京 210037)
[摘 要]文章以凹凸棒活性炭复合滤料处理原水中的刚果红，探讨了滤料投加量、吸附时间、温度、pH 及原水初始浓度等因素对刚果红去
在温度为25 ℃的条件下，对于凹凸棒活性炭复合滤料—
刚果红吸附体系，可研究平衡吸附量与平衡浓度的关系。吸附
等温线可以用多种理论模型进行拟合，其中Langmuir模型和 Freundlich模型是最常用的两种形式[5-6]。
此处先用Langmuir吸附等温方程对实验数据进行拟合：
Langmuir等温吸附方程式为：
凹凸棒活性炭复合滤料(江苏正本净化节水科技实业有限 公司生产，直径约 3 mm，外观照片如图 1 所示)，刚果红，盐 酸，氢氧化钠，去离子水。
1.2 研究内容
以刚果红为研究对象，研究凹凸棒活性炭复合滤料对其吸 附性能，试验研究了滤料用量、pH、温度、吸附时间以及溶 液初始浓度对吸附的影响，并对滤料的吸附性能进行了分析。
100
去除率/%
95
90
图5
85 20 25 30 35 40 45 50 温度/℃
温度对凹凸棒活性炭复合滤料吸附效果影响
Fig.5 Influence of temperature on the adsorptive effects of
attapulgite activated carbon composite material
2.5 初始浓度对吸附效果的影响
取 5 个装有相同质量滤料的锥形瓶中依次加入相同体积 不同浓度的刚果红溶液，其浓度分别为 40、50、80、100、 200 mg/L，固定其他条件不变，振荡 60 min 后取出，测定溶 液中刚果红的浓度，计算去除率，实验结果如图 6 所示。
100 98 96 94 92 90 88 86 84 82 80
100
80
去除率/%
60
40
20
0
20
40
60
80 100
时间/min
图2 吸附时间对凹凸棒活性炭复合滤料吸附效果影响
Fig.2 Influence of adsorption time on the adsorptive effects of
attapulgite activated carbon composite material
qe=(qmKLCe)/(1+KLCe)
(1)
化简式(1)，得直线方程(2)
Ce/qe=1/(qmKL)+Ce/qm
(2)
式中：qe为平衡时的吸附量(mg/kg)；Ce为吸附平衡时溶液
浓度(mg/L)；qm为最大吸附量(mg/kg)；KL为Langmuir等温吸
附方程式常数。利用Langmuir等温吸附模型对实验数据进行拟
2.4 温度对吸附效果的影响
取 5 个具塞锥形瓶，固定其他条件不变，在 20、25、30、 40、50 ℃下分别振荡 60 min，结果如图 5 所示。
由图 5 可以看出，随着温度的升高，去除率也逐渐增大。 温度上升，增加了刚果红离子到滤料表面的能力，平衡吸附量 增加。温度上升有利于滤料对刚果红的吸附，说明该过程是吸 热过程[4]。当温度高于 25 ℃时，温度持续升高，对去除率影 响效果不显著，因此，温度宜控制在 25 ℃左右。
qe=KFCe1/n
(3)
化简式(3)，得直线方程(4)：
lnqe=lnKF+1/nlnCe
(4)
式中：KF、n 为 Freundlich 等温吸附常数。
利用 Freundlich 等温吸附模型对实验数据进行拟合分析，
即以 lnqe 对 lnCe 作图(图8)。
如 图 8 可 知 ， 根 据 等 温 线 ( 图 2-7) 可 得 到 线 性 方 程 ： lnqe=0.5608lnCe+5.6955，R2=0.9213。