王 凱，李秀華，余 杰，馬月欣，劉文娟

（赤峰學院 化學化工學院，內蒙古 赤峰 024000）

磁性粉煤灰基沸石的制備及其對亞甲基藍的吸附研究

王 凱，李秀華，余 杰，馬月欣，劉文娟

（赤峰學院 化學化工學院，內蒙古 赤峰 024000）

以粉煤灰為主要原料，負載Fe3O4為磁核，采用水熱合成法制備磁性沸石，并將其用于對亞甲基藍的吸附研究，考察了pH、吸附劑的用量、吸附時間、初始濃度等對吸附效果的影響.結果表明，磁性粉煤灰基沸石對亞甲基藍具有較好的吸附能力，脫出率在90%以上；在pH=5時的吸附量最大；吸附時間在4min內基本上達到吸附平衡.

粉煤灰；磁性；吸附；沸石

1 引言

隨著社會的發(fā)展，人們對顏色的要求越來越高，染料工業(yè)為了滿足人們的需要也在不斷的取得新的發(fā)展，但是同時也帶來了環(huán)境問題，染料廢水的源源不斷的排放，對水資源還有土壤造成了巨大的危害.染料廢水中的染料難以被降解，化學性質穩(wěn)定，且濃度大，很難被處理掉[1].為了解決染料的污染問題，人們做了不同的方法和技術，常用的方法有微波誘導催化法[2]、MBR-RO工藝[3]、超臨界水氧化法[4]、生物降解[5]等.但這些方法通常方式流程繁瑣、投資資本和運行費用較高.由于吸附法操作簡單、能耗低、吸附劑種類多和吸附效率高等優(yōu)點，已成為處理染料廢水的有效方法[6].沸石是一種具有規(guī)則孔道的硅鋁酸鹽，具有良好的吸附性能，被廣泛的應用于石油化工和污水處理等領域[7].粉煤灰是火力發(fā)電的固體廢棄物，將其進行適當?shù)奶幚砗螅梢院铣煞惺?，用于污水處?

由于合成的沸石多為較小的晶體顆粒，從溶液中分離比較困難.將磁核Fe3O4引入沸石中，可以獲得磁性粉煤灰基沸石，在外加磁場的的作用下很容易將其從溶液中分離[8].本實驗是將粉煤灰經過一系列反應制備成具有磁性的粉煤灰基沸石，將其應用于對亞甲基藍的吸附，研究了pH、初始濃度、時間和吸附劑用量對磁性粉煤灰基沸石的吸附性能影響.

2 實驗部分

2.1 主要儀器和試劑

儀器：電熱鼓風干燥箱（HG101-2，）南京紅龍儀器設備廠；恒溫磁力攪拌器（85-2），常州國華電器有限公司；氣浴恒溫振蕩器（SZ-82），常州澳華儀器有限公司.

試劑：氫氧化鈉(NaOH)，鹽酸（HCl），F(xiàn)eCl3· 6H2O，F(xiàn)eSO4·7H2O，亞甲基藍，以上試劑均為分析純.

2.2 磁性粉煤灰的合成

稱取20g粉煤灰按固液比例1:4在粉煤灰中加入20%的HCl溶液，磁力攪拌，除去粉煤灰中的雜質，水洗、過濾、干燥，得到酸化的粉煤灰.稱取10g酸化后的粉煤灰放入到200ml 蒸餾水中，然后加入1.6g FeCl3以及9.12g FeSO4，混合成漿液的形態(tài)，滴加1mol/L NaOH溶液將pH值調為12，抽濾，水洗至中性，就得到了磁性粉煤灰.

2.3 磁性沸石的制備

稱取10g磁性粉煤灰，在其中加入2mol/L的NaOH溶液，按照比例為1:6混合，在室溫中劇烈的攪拌1h，得到凝膠.將其放入帶有Teflon內丹的金屬反應釜中，完全封閉后放在干燥箱中50℃老化1h，再將溫度升至110℃晶化24小時，取出，用離心使固液完全分離，再使用蒸餾水洗滌到pH值在8～9為止，繼續(xù)在110℃下烘干，研磨，得到磁性粉煤灰基沸石.

2.4 標準曲線的繪制

精確配置100mg/L的亞甲基藍溶液1L，搖勻，備用，50ml容量瓶5個，分別加入亞甲基藍溶液1ml、2ml、3ml、4ml、5ml，并用水定容到體積，混合均勻，備用.

在664nm波長下，以水作為對照，測量亞甲基藍準確濃度系列中各液體的吸光度，把濃度當做X軸，用吸光度作為Y軸畫出標準曲線.亞甲基藍標準曲線方程是y=0.19687x+0.05814，相關系數(shù)為0.9979，該標準曲線滿足工作的要求.

圖1 亞甲基藍的標準曲線

2.5 吸附性能的測試

準確稱取一定質量的磁性粉煤灰基沸石分別加入50mL一定濃度的亞甲基藍溶液中，將其放入空氣恒溫振蕩器內振蕩，調節(jié)振蕩頻率（150r/min）.吸附完成后取上層溶液，對吸附后的溶液進行測定.根據(jù)式（1）計算單位質量磁性粉煤灰基沸石對亞甲基藍的吸附量：

式中，qe為平衡吸附量（mg/g）；C0和Ce分別為亞甲基藍的初始濃度和平衡濃度(mg/L）；V為溶液的體積（L）；m為磁性粉煤灰基沸石的干重（g）.

3 結果與討論

3.1 pH對吸附性能的影響

在磁性粉煤灰基沸石加入了量和初始濃度等條件不變的情況下，考察不同初始pH值對亞甲基藍吸附量的影響，結果如圖2所示.由圖2可知，pH是影響吸附量的主要因素之一.隨著pH的增加，磁性粉煤灰基沸石的吸附量先增加后降低，pH為5時吸附效果較好.這是因為pH較低時，體系中H+含量較多，有利于磁性粉煤灰基沸石中的硅酸鹽和Fe3O4的質子化，從而促進對帶負電荷亞甲基藍的吸附；但溶液中過低的pH值，將會溶解部分Fe3O4，使吸附量降低.當pH升高時，OH－濃度增加，使磁性粉煤灰基沸石表面帶負電荷，與溶液中帶負電的亞甲基藍形成靜電斥力.

圖2 pH值對亞甲基藍吸附效果的影響

3.2 初始濃度對磁性沸石吸附效果的影響

磁性粉煤灰基沸石加入量和pH為5等條件不變的情況下，考察亞甲基藍不同初始質量濃度對吸附量的影響，結果如圖3所示.磁性粉煤灰基沸石對亞甲基藍的吸附量，隨亞甲基藍初始濃度的增加而增大，增大到一定濃度后，飽和吸附量基本不變，其吸附量為44.8mg/g.

圖3 初始濃度對吸附量的影響

3.3 時間對沸石吸附效果的影響

磁性粉煤灰基沸石加入量和pH為5等條件不變的情況下，考察不同接觸時間對亞甲基藍吸附效果的影響.由圖4可以看出：磁性粉煤灰基沸石明顯高于非磁性粉煤灰基沸石.說明在弱酸性條件下，磁核Fe3O4的加入，與亞甲基藍存在著靜電吸引力.對于磁性粉煤灰基沸石，磁性粉煤灰基沸石對亞甲基藍的吸附量逐漸增大，40min后吸附達到飽和，吸附量基本保持不變.主要是由于吸附初期，吸附空位比較多，溶液中的亞甲基藍分子快速占據(jù)磁性粉煤灰基沸石的吸附位，吸附速率比較快.

圖4 吸附時間對吸附量的影響

3.4 磁性沸石用量對吸附效果的影響

圖5 吸附劑用量對吸附的影響

亞甲基藍初始濃度和pH為5等條件不變的情況下，考察不同磁性粉煤灰基沸石吸附劑對亞甲基藍吸附效果的影響，如圖5所示.隨著磁性粉煤灰基沸石吸附劑用量的增加，亞甲基藍的吸附率隨之增大，磁性粉煤灰基沸石吸附劑對亞甲基藍去除率由48%增加到90%以上，當磁性粉煤灰基沸石吸附劑的用量繼續(xù)增大時，亞甲基藍的去除率增長幅度降低.這主要是由于磁性粉煤灰基沸石吸附劑投加量增大，可提供較多吸附點位，提高了亞甲基藍的吸附率.吸附率增加到90%以后，繼續(xù)增加吸附劑用量對吸附率的影響不大.對于吸附量而言，磁性粉煤灰基沸石吸附劑對溶液中亞甲基藍的吸附量隨著吸附劑用量的增加而降低，其原因為吸附劑用量的增加會使吸附劑表面處于不飽和狀態(tài)的吸附位增多.

4 結論

磁性粉煤灰基沸石吸附劑對亞甲基藍有較好的吸附作用，隨著吸附劑用量的增加，脫除率在90%以上；pH對吸附量影響比較大，隨著pH的增加，吸附量先增大后降低，在pH=5時吸附量最大；通過對吸附時間的測定，在40min內基本達到吸附平衡；在室溫下，最大吸附量為44.8mg/g.因此，磁性粉煤灰基沸石吸附劑處理印染廢水，具有一定的應用價值.

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1673-260X（2016）11-0012-03

2016-07-21

內蒙古自然科學基金面上項目（2014MS0215）；內蒙古自治區(qū)高等學校科學研究項目（NJZC16252）；赤峰學院實踐創(chuàng)新教育項目（1601007）