硼泥酸浸渣如何处理模拟印染废水

发布时间：2022-10-05 10:03 热度：

　　以硼泥酸浸渣为吸附剂处理模拟印染废水，探讨了初始浓度、硼泥酸浸渣添加量、反应温度及pH值对吸附效率的影响，并对吸附过程进行动力学模拟，吸附过程与准二级动力学模型拟合较好。

　　关键词：硼泥；酸浸渣；吸附；动力学模型

　　1引言

　　硼泥是硼矿石加工生产过程中产生的一种工业残渣，每生产出1t硼产品，会相应产生4～5t硼泥［1］。东北三省的硼资源分布尤为丰富，目前辽宁省已堆放了2000多万t硼泥［2］。硼泥的主要化学成分为SiO2，MgO，Fe2O3等，经过酸浸工艺处理后，硼泥的有效成分被溶出，所得固体即为酸浸渣，其主要成分为SiO2。硼泥酸浸渣具有丰富的孔隙结构，可作为吸附剂应用［3-8］。本研究利用硼泥酸浸渣处理模拟印染废水，并探讨相关因素的影响。

　　2实验

　　2．1实验原料和试剂实验原料为辽宁大石桥地区的硼泥，其主要化学成分（w/％）为Al2O3（1．19％），SiO2（25．09％），CaO（1．43％），MgO（42．81％）、B2O3（3．13％），Fe2O3（4．47％）。实验所用盐酸、罗丹明B均为分析纯，实验用水为蒸馏水。2．2硼泥酸浸渣的制备称取硼泥10g于烧杯中，加入10mL蒸馏水调浆，将20mL浓盐酸按照1∶2比例稀释后加入硼泥中，酸浸48h后，将抽滤得到的酸浸渣滤饼置于干燥箱中，在105℃下烘干60min后研磨均匀。2．3模拟印染废水的配制称取0．250g罗丹明B于烧杯中，加入少量蒸馏水充分溶解后，将溶液移至250mL容量瓶中，定容、摇匀，得到质量浓度为1000mg/L的罗丹明B溶液备用。

　　3结果与讨论

　　3．1初始浓度对吸附效果的影响取浓度分别为100，200，300，400，500mg/L的模拟印染废水10mL，加入1g硼泥酸浸渣，在室温下进行吸附实验，结果如图1所示。随着吸附时间的延长，吸附效率呈现不断增加的趋势，且吸附过程主要发生在3~6h，6h后达到吸附平衡。硼泥酸浸渣对模拟印染废水的吸附效率随着初始浓度增加而降低。在硼泥酸浸渣用量一定的条件下，酸浸渣表面的吸附孔道和活性基团数量也是一定的，随着初始浓度增加，能够与吸附孔道有效接触并被吸附的染料分子比率随之下降，吸附效率也相应有所下降。3．2酸浸渣添加量对吸附效果的影响分别添加0．5，1．0，1．5，2．0，2．5g的硼泥酸浸渣于10mL浓度为300mg/L的模拟印染废水。酸浸渣添加量对吸附效果的影响见图2。当添加量小于0.15g/mL时，硼泥酸浸渣对印染废水的处理效率随着添加量增加而提高，且趋势明显。当硼泥酸浸渣添加量增大时，其提供的活性基团和孔道的数量也不断增多，因此对染料分子的吸附量增大。当添加量大于0.15g/mL时，硼泥酸浸渣对印染废水的处理效率的变化趋势接近。分析吸附剂添加量和单位吸附量的关系（图3）可知，单位吸附量并未因硼泥酸浸渣的添加量增加而增加。分析其原因可能是因为吸附反应发生在硼泥酸浸渣的表面，染料分子无法与内部的活性基团和孔道接触，导致单位吸附量较低。3．3吸附温度对吸附效果的影响取10mL浓度为300mg/L的模拟印染废水，加入1g硼泥酸浸渣，分别在温度为20，30，40，50，60℃下静置6h，结果如图4所示。当温度为20℃时，吸附效率的增速明显；当温度大于20℃时，吸附效率的增加较为缓慢，其中60℃的吸附效率最高，可达94．97％。在一定温度范围内升高温度，有利于提高吸附剂表面基团的活性，促进吸附的进行，但是当温度超过一定范围，因为吸附是放热反应，升温可能会造成一定程度的脱附。3．4pH值对吸附效果的影响取10mL浓度为300mg/L的模拟印染废水，加入1g硼泥酸浸渣，在温度为60℃时，考察不同pH值对吸附效率的影响，结果如图5所示。在酸性条件下，硼泥酸浸渣对模拟印染废水的吸附效率较高，当pH值为4．0时，吸附5h后吸附效率可达91．06％。随着pH值的增大，硼泥酸浸渣对模拟印染废水的吸附效率明显低于酸性条件下的吸附效率。硼泥经酸浸处理后仍然保留有部分的金属离子，当pH值不断升高时，这些金属离子会以沉淀形式析出，导致硼泥酸浸渣的吸附效能降低。3．5吸附动力学研究吸附过程常用的2种动力学模型为：准一级动力学模型：lg（qe－qt）＝lgqe－k1t/2．303准二级动力学模型：t/qt＝1/（k2qe2）＋t/qe式中，qe为饱和吸附量，mg/g；qt为t时刻的吸附量，mg/g；k1为准一级动力学速率常数，min－1；k2为准二级动力学速率常数，g/（mg·min）。本实验的动力学模型拟合效果如图6所示。准二级动力学模型对硼泥吸附剂吸附罗丹明B的线性关系拟合非常好，R2＝0．9925，与准一级动力学模型相比，准二级动力学模型更适合描述硼泥吸附剂对罗丹明B的吸附，拟合方程为t/qt=8.9832t+763.58。

　　4结论

　　硼泥酸浸渣表面疏松多孔，游离SiO2能与水分子发生一定程度的结合形成硅胶，具有较强的吸附作用。硼泥吸附剂处理罗丹明B模拟印染废水时，模拟印染废水的初始浓度、硼泥酸浸渣的添加量、温度、pH值对吸附效率都有显著影响；吸附效率随着吸附剂相对添加量增加、温度的升高而提高，硼泥酸浸渣对罗丹明B模拟印染废水的吸附动力学拟合符合二级动力学模型，吸附动力学方程为t/qt＝8.9832t＋763.58。

　　作者：薛若雨 李茹 单位：东北大学