以纖維為造孔劑的粉煤灰基吸附材料制備及其對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，大量印染廢水排入水體，不僅給環(huán)境造成了巨大損害，還對人類健康構(gòu)成了極大威脅。吸附技術(shù)因其操作簡單、成本低、周期短等優(yōu)點備受關(guān)注?；钚蕴烤哂斜缺砻娣e大、孔隙發(fā)達等特點，是國內(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，有機物含量豐富，含有大量細小纖維，以造紙污泥制備得到造紙纖維，加熱過程中其中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素熱解產(chǎn)生大量氣體，可作為造孔劑。
　　本實驗以粉煤灰為骨料、膨潤土為粘結(jié)劑、造紙纖維為造孔劑，使用顆粒機擠壓成型后干燥，并用氣氛燒結(jié)爐燒結(jié)制備得到具有一定機械強度、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)用于亞甲基藍和龍膽紫染料廢水的處理。本試驗內(nèi)容主要包括GAFF的制備，GAFF對亞甲基藍和龍膽紫的吸附研究和GAFF與活性炭性能對比及其表征。
　　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察漿液濃度、超聲功率和超聲時間對纖維分散程度的影響，最終確定當漿液濃度為0.2g/100mL，超聲功率為400W，超聲時間為15min時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，本試驗以亞甲基藍和龍膽紫染料吸附量和材料散失率為指標，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，通過單因素實驗研究了燒結(jié)溫度、粉煤灰:膨潤土比例、造紙廢渣添加比和升溫速率對GAFF吸附性能的影響，并為正交試驗各因素確定合適的水平值。最后，設(shè)計四因素三水平正交試驗，以龍膽紫吸附量和散失率為指標，確定GAFF最佳的制備條件為:燒結(jié)溫度為630℃，粉煤灰:膨潤土比例為2∶1，造紙廢渣添加比為3％，升溫速率為0.2℃/min。
　　亞甲基藍和龍膽紫染料是常見的堿性陽離子染料，具有分子量相似但分子結(jié)構(gòu)不同的特點，可用于比較吸附

6、質(zhì)結(jié)構(gòu)對吸附量的影響。此外，該兩種染料應(yīng)用廣泛，對環(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)溫度對吸附過程的影響。實驗結(jié)果表明，當pH值小于5時，pH值對GAFF吸附量有很大影響;當pH值大于5時，pH值對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。并且當溶液pH值為7，反應(yīng)溫度為50℃時，GAFF對亞甲基藍和龍膽紫的最大吸附量分別是216.

7、57mg/g、682.59mg/g。本試驗采用Langmuir、Freundlich和Tempkin吸附等溫線擬合吸附數(shù)據(jù)，通過比較R2值可以得出Langmuir等溫線更適合擬合GAFF對兩種染料的吸附。使用擬一級動力學、擬二級動力學和顆粒內(nèi)擴散模型擬合數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)該吸附過程更符合擬二級動力學方程。吸附熱力學研究表明，GAFF對亞甲基藍和龍膽紫染料的吸附能夠自發(fā)進行，物理吸附起主導(dǎo)作用。
　　將GAFF與活性炭GAC1、GAC2進行

8、SEM/EDX表征、比表面積及孔徑分布測試和吸附亞甲基藍和龍膽紫研究。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對亞甲基藍的吸附量分別是200.20mg/g、362.78mg/g、256