吸附法处理染料废水的研究进展

吸附法处理染料废水的研究进展

染料废水具有成分复杂，毒性强，色度深，有机物和无机盐的浓度高，难以生化降解等特点。染料废水的处理方法很多，主要有氧化、吸附、膜分离、絮凝、生物降解等。吸附法以其能够选择性地富集某些化合物的特性在废水处理领域有着特殊的地位。

吸附法是指用多孔固体（吸附剂）将气体或液体混合物中一种或多种组分积聚或凝缩在表面进而达到分离目的的方法。常用的吸附剂有活性炭、树脂和其他一些吸附材料。本文重点对吸附法在染料废水处理中研究进展进行介绍。

1 活性炭吸附法

活性炭吸附法是一种应用较早的方法，该法对去除水中溶解性有机物非常有效，但它再生比较困难，处理成本较高，因此应用面窄，一般可用于浓度较低的染料废水处理或深度处理。活性炭是目前最有效的吸附剂之一，但由于活性炭去除色度和COD 时大多数是和其它工艺耦合的，因此活性炭吸附多用于深度处理或将活性炭作为载体和催化剂，单独使用活性炭处理较高浓度的染料废水的研究还是比较少。

近年来，很多科学家通过对活性炭吸附过程的进一步了解，在吸附机理和活性炭预处理技术方面都取得了很大的进展。G.M.Walker等研究了3种酸性染料在活性炭上的吸附行为，发现只有14%的比表面积发挥了吸附作用。一方面原因是由于存在多分子层的吸附，另一方面原因是活性炭中很多微孔孔径太小，不能吸附染料大分子。Hu Zhonghua用ZnCl2溶液浸泡活性炭，然后在110℃的炉子里用N2活化，然后炉温升至800℃，把活化气体换作CO2，最后用盐酸和脱离子水清洗后烘干，取得了更高活性的活性炭，比表面积大于2400m2/g，孔分布以中孔为主，对大分子染料有良好的吸附作用。主要原因在于CO2的使用，CO2在800℃下有着适中的氧化性，能够开辟新的微孔或者将部分微孔扩大为中孔。所以，我们可以通过控制气体流量来控制活性炭的孔结构，以取得对吸附某种特定染料分子最合适的活性炭。

生物活性炭吸附法是将吸附法和生化法综合起来的方法。该法中作为固定媒介的活性炭提高了微生物的活力，从而可以提高对染料废水的处理效果。对于那

些可生化性相对较好的染料来说，由于活性炭的吸附作用，微生物附着的活性炭表面染料浓度升高，所以提高了处理效果；而对那些难降解的染料分子，效果较好的原因可能仅仅在于生物附着造成活性炭孔分布向中孔集中（部分大孔中生长了微生物）。当然要注意微生物的浓度，如果微生物浓度过高，将活性炭的孔道都堵住了，处理效果就会很差。该技术如果能够发展完善的话，不用组合工艺处理染料废水就可变为现实。

目前国内外关于活性炭的再生也有诸多报道，主要包括高温热解、溶剂溶解、生物降解、电化学再生及超临界流体萃取等方法。这些方法目前都不完善，还存在炭流失量大、溶解效率低、生物降解难、处理费用高及反应条件苛刻等问题，因此限制了活性炭吸附在染料废水处理中的应用。

2 树脂吸附法

20世纪后期，随着离子交换树脂和吸附树脂等功能材料的工业应用，树脂吸附法也被引入废水处理领域，但是在染料废水处理领域的研究和应用相对较少。余颖对树脂NKY对活性艳蓝KN—R染料的吸附行为进行了研究，并取得了较好的处理效果，陆朝阳等也对此开展了研究工作，但目前对于树脂吸附染料的机理研究尚不完善。余颖等研究了活性染料在改性后树脂上的吸附行为，实验表明，吸附过程符合一级动力学方程，其吸附包括物理吸附和化学吸附，但以物理吸附为主。

3 矿物及废弃物吸附法

天然矿物主要包括各种黏土、矿石、煤炭等，一般储量都比较丰富，我国炉渣、煤渣、粉煤灰等废物量也很多，成本更为低廉，因此这些无机吸附剂的应用前景比较广阔。Konduru R. Ramakridhna等将泥煤、钢渣、膨润土、粉煤灰等无机吸附剂和活性炭对染料的吸附性能进行了比较，试验结果表明，钢渣、粉煤灰对酸性染料以及泥煤、膨润土对碱性染料的吸附效果可以和活性炭相媲美，而这四种吸附剂对分散染料的吸附效果都优于活性炭，这一结果为低成本的吸附剂走向工业化应用提供了科学依据。李虎杰等研究了酸化后的坡缕石黏土对阳离子染料（桃红FG，质量浓度为500mg/L）的吸附性能，发现当吸附剂投加质量浓度为2400mg/L时，染料的吸附率达92%。在应用这些矿物和废物时，还要注意防止二次污染，由于这些物质中通常含有重金属等污染物，要调节合适的反应条件

（特别是PH），防止这些污染物溶出。

很多科学家对一些天然的原料和农业精制炭进行了进一步处理，并研究了这些物质的吸附行为。其中桉树皮、稻壳、竹子、麦杆、子壳、野草、木薯皮、花生壳、李子核、棕榈果等天然炭纤维经过处理后对染料都有很好的吸附效果，但是这些吸附剂吸附饱和后如何处置是有待解决的难点。另外一些植物干燥后，植物内部的细胞结构形成空腔，可以用来吸附染料，生物内部的酶会促进这些染料的进一步分解，其中水葫芦的根，一些菌类，某种水棉属的绿藻等都可以这样利用。

4 其他新材料吸附法

近年来科学家们为了进一步提高吸附法处理染料废水的效果，克服上述吸附剂的缺点，对一些新合成的材料进行了吸附行为的研究。

R. Werbowesky等用聚氨酯泡沫体从水中提取染料，以达到净化水质和资源回收的目的。他们在研究PH、染料浓度和盐浓度对分离的影响时，发现双模式模型可以解释所有的现象，并认为聚氨酯泡沫体对染料的作用包括溶剂萃取和表面吸附，而且表面吸附发挥了更大的作用。由于交联多聚糖或壳聚糖含有大量的羟基和氨基等功能基，对活性染料、直接染料和酸性染料有强烈的吸附作用，另外其来源丰富、无毒抗菌、可生物降解，将来可能实现工业应用。试验证明，交联的多聚糖派生物对染料具有良好的吸附能力，主要吸附机理是离子交换、氢键作用和聚合物内部网状结构所形成的物理吸附。此外，还出现了一些特殊的无机吸附剂，如新生态的氢氧化镁和二氧化锰。