13X分子筛处理含苯酚废水研究
论文类型 | 技术与工程 | 发表日期 | 2002-04-01 |
来源 | 《中国给水排水》2002年第4期 | ||
作者 | 陶红,徐国勋,谢海英,王勘英 | ||
关键词 | 废水处理 13X分子筛 吸附 苯酚 | ||
摘要 | 将以天然岩石矿物为原料,经过较简单的工艺过程合成的13X沸石分子筛用于水中苯酚的吸附实验研究结果表明:分子筛对苯酚的吸附速率非常快,吸附时间为10min时吸附基本达饱和;当分子筛用量为10g/L时,水中苯酚的去除率达95%;随着pH值的增加,苯酚在分子筛上的吸附率减小;随温度增加,吸附率有所增加,但在常温下苯酚的吸附率也能达到96%;13X分子筛对苯酚的最大吸附量可达10mg/g,其吸附规律较好地符合Fruendlich吸附等温式;已饱和吸附的分子筛用质量分数为20%、温度为60℃的氯化钠溶液洗脱,解吸率 |
陶红1,徐国勋1,谢海英1,王勘英2?
(1.上海理工大学城市建设与环境工程学院,上海200093;2.大兴安岭林业设计院,黑龙江加格达奇 165000)
摘 要:将以天然岩石矿物为原料,经过较简单的工艺过程合成的13X沸石分子筛用于水中苯酚的吸附实验研究结果表明:分子筛对苯酚的吸附速率非常快,吸附时间为10min时吸附基本达饱和;当分子筛用量为10g/L时,水中苯酚的去除率达95%;随着pH值的增加,苯酚在分子筛上的吸附率减小;随温度增加,吸附率有所增加,但在常温下苯酚的吸附率也能达到96%;13X分子筛对苯酚的最大吸附量可达10mg/g,其吸附规律较好地符合Fruendlich吸附等温式;已饱和吸附的分子筛用质量分数为20%、温度为60℃的氯化钠溶液洗脱,解吸率近于100%,且解吸后的分子筛在未经任何处理的情况下仍能吸附苯酚。实验结果为实际应用提供了可行性依据。
关键词:废水处理;13X分子筛;吸附;苯酚
中图分类号:X703.1
文献标识码:C
文章编号:1000-4602(2002)04-0050-03
1 实验仪器与方法
1.1 试剂及仪器
所用试剂均为国产化学纯,废水样系用苯酚加蒸馏水配制而成。
实验仪器有721分光光度计;JB-90-2型定时恒温磁力搅拌器;PHS-25型酸度计;800型离心机;H.H.S8电热恒温水浴锅;101-A型数显电热鼓风干燥箱;JA2003型电子天平。?
1.2 实验方法
吸附及解吸均采用静态实验法,分别取6份初始质量浓度为50 mg/L的苯酚溶液50 mL,并各加入0.5 g分子筛开始搅拌,每隔一定时间依次从杯中取上清液离心后分析苯酚浓度,绘制吸附速率曲线;将0.5 g分子筛分别与不同浓度的50 mL苯酚水溶液在烧杯中混合搅拌,离心后取上清液测浓度,绘制吸附等温曲线,并考察不同温度、pH值及分子筛用量对吸附率的影响。
1.3 分析方法
苯酚浓度采用4-氨基安替比林直接光度法测定。
2 结果与讨论
2.1 吸附速率曲线
13X分子筛对苯酚的吸附速率曲线如图1所示可见分子筛对苯酚的吸附速率非常快,吸附时间为10 min时苯酚的去除率达?96.22%;随着时间延长,吸附率增加不大,说明已达到吸附平衡,由此可知13X分子筛可迅速、高效地处理水体中的苯酚。?
2.2 吸附等温曲线
吸附等温曲线(见图2)呈现出明显的非线性特征,这表明13X分子筛与苯酚之间主要是通过吸附方式发生作用的。?
由图2可见最大吸附量可达10 mg/g,这是由于13X分子筛具有特殊的孔道结构及较大的比表面积。它是一种极性吸附剂,与活性炭的吸附力完全由色散力所致不同,分子筛的强吸附力是色散力和静电力的加和产生的。由于分子筛孔穴中阳离子的存在产生一个强的局部电场,这种静电力使得分子筛对极性、不饱和及易极化分子具有优先的选择吸附作用。苯酚含有的极性基团C6H5-能与分子筛表面发生强烈的吸附作用,且分子直径适中,可进入分子筛的孔道中而被吸附。
在水和废水处理中通常用Fruendlich吸附等温式描述吸附容量qe与吸附平衡时溶液浓度C的关系,来比较不同温度和不同溶液浓度时吸附剂的吸附容量。根据实验数据,用图解方法求出K=65.6、n=3.5,其相关系数r=0.95,说明13X分子筛吸附苯酚的规律较好地符合Fruendlich吸附等温式。
2.3 温度对吸附性能的影响
根据实验数据绘出温度对吸附性能影响的曲线,如图3所示。
由图3可见,分子筛对苯酚的吸附率随温度的增加而增加,这是因为苯酚微溶于冷水,而随着温度升高溶解度也不断增加,65 ℃以上即可与水混溶,与水分子的亲合力大大增加。13X分子筛由于晶格中存在剩余电荷而使其表面有极性,易于吸附亲水性物质,所以随着温度升高苯酚的吸附率相应提高。还可看出,即使在常温下苯酚的吸附率也能达到96%,说明常温下分子筛也能有效去除水中的苯酚。?
2.4 pH值对吸附率的影响
pH值对分子筛吸附苯酚的影响如图4所示。
由图4可见,随着pH值的增加苯酚在分子筛上的吸附率减小,这是由于苯酚属弱酸性离子化合物,在一定的pH值范围内发生部分离子化,在水溶液中存在离子和非离子两种形态。当pH 值降低时,溶液中H+离子浓度增加,化合物的非离子形态所占的比例相对增大,非离子形态具有极高的疏水性,与离子形态相比更容易被分子筛的疏水表面所吸附;当pH值达到10时,苯酚几乎已全部呈离子形态,致使吸附率大大降低,但pH=2时反而比pH=4的吸附率低,这是因为在强酸性条件下存在过多的氢离子所致,由于氢离子半径比苯酚半径小遂优先进入13X分子筛的孔道中,因而降低了苯酚的吸附率。
2.5 分子筛用量对吸附率的影响
分子筛用量对吸附率的影响如图5所示(废水体积为50 mL)。
由图5可见,水中苯酚的吸附率随分子筛用量的增加而提高,当分子筛用量为0.5g(即10 g/ L)时,水中苯酚的去除率已达95%,此后随着用量增加吸附率虽有增加,但增加率很小,说明吸附已达饱和,所以从经济角度出发,在实验中选用10 g/L的分子筛用量。
2.6 苯酚的解吸实验
先将0.5 g分子筛放入浓度为50 mg/L的苯酚溶液中进行吸附实验,吸附时间为10 min。吸附后的分子筛分别用不同温度(15、40、60 ℃)和质量分数(10%、20%、30%)的氯化钠溶液洗脱,洗脱时间为10 min。然后将解吸后的分子筛不经任何处理立即进行第2次吸附实验(条件 与第一次相同),再用同样的氯化钠溶液进行第2次解吸实验,时间仍为10min,结果见表1。
由表1可见,第1次解吸实验苯酚的解吸率>90%,解吸后的分子筛对苯酚的吸附率基本上达90%,说明分子筛的重复利用性较好。实验结果表明,氯化钠洗脱液的浓度及温度均 对解吸率有较大影响,当氯化钠质量分数为20%、温度为60 ℃时,洗脱效果最好。
3 结论
①分子筛对苯酚的吸附速率非常快,吸附时间为10min时苯酚的去除率达96.22%,可见13X分子筛可迅速、高效地处理水体中的苯酚。?
②13X分子筛对苯酚的最大吸附量可达10 mg/g,其吸附规律较好地符合Fruendlich吸附等温式。
③分子筛对苯酚的吸附率随温度的增加而增加,即使在常温下苯酚的吸附率也能达到96%,表明常温下分子筛也能有效去除水中的苯酚。
④pH值对吸附率有较好的影响,随着pH值的增加,苯酚在分子筛上的吸附率减小。
⑤水中苯酚的吸附率随分子筛用量的增加而提高,当分子筛用量为10g/L时,水中苯酚的去除率达95%,吸附已达饱和。
⑥用氯化钠溶液洗脱苯酚,其两次解吸率均为90%,解吸后的分子筛对苯酚的吸附率基本上达90%,说明分子筛的重复利用性较好。当氯化钠质量分数为20%、温度为60 ℃时洗脱效果最好。
参考文献:
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E-mail:ly058005@online.sh.cn
收稿日期:2001-08-16
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