大学化学--粉煤灰吸附苯酚

粉煤灰对废水中苯酚的吸附性能研究

摘要:粉煤灰处理苯酚废水是近年来发展起来的一种新方法, 因为灰中存在大量 Al、Si 等活性点 ,能与吸附质通过化学链结合 ,同时粉煤灰的结构多孔 ,比表面积较大 ,因而具有一定的吸附性能。本实验以粉煤灰作为吸附剂, 探讨了粉煤灰处理含苯酚废水在pH、吸附时间、吸附剂用量和苯酚废水初始浓度对去除率的影响。研究结果表明：当pH在6-7时，吸附时间为60min，粉煤灰用量为20g/L , 废水中苯酚的初始浓度为10mg/ L的试验条件下, 苯酚的去除率最高可达90%以上。

关键词：粉煤灰苯酚废水处理影响因素

1.前言

酚类化合物是芳香族碳氢化合物的含氧衍生物，可使蛋白质凝固，对人类、水产及农作物都有很大危害。含酚废水来源于化工、炼焦、造纸、煤气洗涤及炼油生产过程。国内外学者利用各种吸附剂去除水中的酚，其中活性炭纤维去除效果最佳，但其价格昂贵，目前在我国难以广泛使用。

粉煤灰含有活性成分，其主要成分是SiO2、Al2O3、Fe203、CaO、S、P2O5等，同时还含有少量的其他物质。粉煤灰由很多不同结构和形态的微粒组成，其中大多数是玻璃球体，颗粒的粒径约为2.5um～300um，平均几何粒径40um，真密度是(2～2．6)×103kg／m3，堆积密度550～658 kg／m3，孔隙率为60％～75％，粒度约4900孔／cm2，筛分余量3％～20％。粉煤灰具有多孔结构，比表面积很大，一般在2000～4000cm2／g，因此，具有较强的吸附能力[1]。可应用于吸附有机污染物，而且吸附后不用再生，即可直接烧砖进行再利用。近年来，对粉煤灰吸附酚类物质的研究已取得一定的进展，如王代芝在静态条件下研究了粉煤灰对含苯酚废水的处理，并且处理效果较好[2]。

本文主要研究粉煤灰对苯酚废水的吸附处理，本方法主要特点是操作简单、经济实用等。利用粉煤灰处理含苯酚废水可以达到“以废治废”的目的。因此，用粉煤灰作为吸附剂处理含苯酚的废水具有较好的应用前景。

2.实验部分

2.1仪器

TDL-50B台式离心机、HY-8调速振荡器、JB／T5374-1991电子天平、UV-3010紫外可见分光光度计、pH-3C型酸度计、DHG-9240A电热恒温鼓风干燥箱

2.2药品与试剂

苯酚、溴酸钾-溴化钾、碘酸钾、硫代硫酸钠、铁氰化钾、淀粉、4-氨基安替比林、氯化铵、氢氧化钠、浓盐酸等(所有试剂均为分析纯)。用苯酚配制成含苯酚1000mg/L的储备液，模拟苯酚废水由储备液稀释而得。如无特殊说明本研究所用模拟废水中苯酚浓度均为20mg/L。pH值由1mol/L的HCl或NaOH溶液调节。

2.3吸附剂

粉煤灰（取自蜂窝煤燃烧后的灰烬）

2.4实验方法

粉煤灰的预处理：将取来的家用蜂窝煤燃烧后的煤渣置于打磨器中，磨碎后置于洗槽中，用自来水清洗，静置片刻，至泥水分离时，除去上层污水，下层的粉煤灰用托盘盛放，于100℃下在烘箱中烘干、研磨至碎并筛分成100目置于烧杯中，贴上标签备用，这样即可除去附着在粉煤灰上的油污等杂质。

实验步骤：在含一定苯酚浓度的溶液中，加入一定量的粉煤灰吸附剂，置于调速振荡机上，,在室温（20℃）下振荡一定时间后取适量溶液，用离心机离心, 离心机转速为200r/ min，取上清液用4-氨基安替比林分光光度法于510nm 波长处测定吸光度值，每次实验均作空白对比，并计算废水中苯酚的去除率。

实验计算公式：

计算粉煤灰的苯酚去除率η，计算公式：

η=(C O- C e)/ C O

式中C O和C e为吸附前后模拟废水中中苯酚的浓度/(g.L- 1)

计算粉煤灰的吸附量x，粉煤灰的吸附量按下式计算：

x=（C O- C e）×50 /1000×a

式中a为粉煤灰用量/（g）。

2.5 标准曲线

使用4-氨基安替比林分光光度法绘制标准曲线，得线性方程为y=0.1361-0.0004，

R2=0.9996。

3. 结果与讨论

3.1 pH值对粉煤灰去除废水中苯酚的影响

将浓度为20mg/L的模拟苯酚废水置于8个250mL碘量瓶中，分别加入20g/L粉煤灰，用

1mol/L 的H2SO4及1mol/L 的NaOH 调节pH, 使pH分别为2.0、3.0、5.0、6.0、7.0、9.0、10.0、12.0,震荡时间为1h，测定上清液，实验结果如图1。

表一：pH值与去除率的数量关系

实际pH值粉煤灰（g）去除率（%）

1.98 1.0371 91.24

3.02 1.0327 90.28

4.96 1.0302 82.18

6.04 1.0302 84.11

7.03 1.0321 83.72

8.97 1.0364 80.83

9.98 1.0304 74.27

12.00 1.0360 37.62

图1 pH值对去除率的影响

如图1可知，去除率是随着pH的增大而减小的，说明在低pH值条件下去除率较高。这主要是由于苯酚(pKa= 9.95) 属于弱酸性离子化合物, 在一定的pH 值范围内发生部分离子化,水溶液中存在有离子和非离子两种形态, 当pH 值降低时, 溶液中H+浓度增加, 化合物非离子形态所占比例相对增大, 而非离子形态具有较高的疏水性,与离子形态相比更容易被粉煤灰所吸附; 而当pH值达11 时, 苯酚几乎全部呈离子状态, 致使平衡吸附量大大降低。在pH值在2-3之间时，去除率达到90%以上，但pH值太低会对环境造成二次污染，所以最佳pH 应为6-7.

3.2 吸附时间对粉煤灰去废水中苯酚的影响

将浓度为20mg/L的模拟苯酚废水置于7个250mL碘量瓶中，分别加入20g/L粉煤灰，用1mol/L 的H2SO4及1mol/L 的NaOH 调节pH, 使pH值在6-7之间混合均匀后置于振荡器中振荡(20℃)，此后每隔一段时间取样分析，结果如图2 所示。

表二：吸附时间与去除率的数量关系

吸附时间（min）pH值粉煤灰（g）去除率（%）

5 6.60 1.0345 70.22