改性沸石对印染废水中COD、色度和锑的去除研究

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印染废水产生于印染工艺的各个阶段,特点为水量大,水质变化大,pH范围广,可生化性差,COD和色度高,是一类较难处理的废水。此外,印染废水还普遍存在重金属锑污染现象。锑来源于印染工序中所需要的一种锑酸盐催化剂,它对人体健康有潜在安全隐患。因此,如何高效去除印染废水的COD、色度和锑污染物这一问题已经成为印染废水处理中的热点问题。本次实验对人工沸石进行了表面负载,利用浸渍法制备了十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)改性人工沸石,探究了其对模拟印染废水中的染料分子的吸附作用、对实际印染废水中的COD和色度的去除率,同时将锰氧化物负载在人工沸石上,探究其对印染废水中锑(Ⅴ)的吸附作用,并对相关的去除机理进行了讨论。以下为本次实验所得出的结论:  (1)制备了CTMAB改性沸石,此改性沸石对染料分子溴酚蓝有很好的吸附能力,当溴酚蓝的初始浓度为200mg/L时,改性人工沸石的最佳投加量为8g/L,在35min时即可达到吸附饱和。对溴酚蓝的去除率可以达到97.86%,其吸附量为24.525mg/g,比原沸石的6mg/g提升了大约4倍,且低温有利于改性人工沸石对于溴酚蓝的吸附。改性人工沸石对于溴酚蓝的吸附模型适用于准二级动力学模型,吸附平衡数据可采用Langmuir等温吸附模型加以解释,CTMAB改性人工沸石对染料溴酚蓝的吸附为单分子层吸附。  (2)将CTMAB改性沸石用于对实际印染废水的吸附,经试验结果表明,相比于对染料分子溴酚蓝的去除,CTMAB改性沸石对印染废水的COD去除率较低。改性人工沸石的最佳投加量为10g/L,吸附35min后达到吸附饱和,COD去除率为29%,色度去除率为91%,且溶液初始pH对于吸附结果改变不大。  (3)将锰氧化物负载在人工沸石上,经实验发现锰氧化物改性的人工沸石可以去除水中的锑(Ⅴ),去除率为92.11%,将水中的锑(Ⅴ)降低到0.06mg/L,低于国家排放标准(GB4287-2012)。对人工沸石进行改性时,锰离子和过硫酸钾的反应摩尔比影响吸附性能,当比值为2∶1时,对水中的锑(Ⅴ)吸附效果最佳。锰氧化物改性沸石最佳投加量为20g/L,并且在碱性条件下抑制吸附,在90min后达到吸附饱和,最佳吸附温度为50℃。  (4)为了探究锰氧化物的吸附机理,制备了四氧化三锰和碱式氧化锰的复合物,通过吸附实验证明复合物可以去除水中的锑(Ⅴ),将锑(Ⅴ)从2mg/L降低到0.05mg/L。吸附时最佳投加量为5g/L,适用于pH值在酸性或中性条件下,饱和吸附时间为30min。通过XPS分析推测吸附机理为部分的锑(Ⅴ)被复合材料中的四氧化三锰还原之后,四氧化三锰被氧化成二氧化锰,二氧化锰利用较大的表面积将还原产物锑(Ⅲ)吸附,从而去除模拟废水中锑(Ⅴ)。  同时经研究表明,在二氧化锰和复合物投加量相同的情况下,二氧化锰对锑(Ⅴ)、锑(Ⅲ)的去除率基本达到50%左右,而复合物对锑(Ⅴ)的去除率可以高达97.8%,说明复合物只凭借氧化还原途径对锑(Ⅴ)进行吸附去除是不够的;结合碱性条件抑制吸附,说明还存在碱式氧化锰的静电引力吸引、和锑(Ⅴ)形成络合物从而将锑(Ⅴ)去除。
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