李維鑫，曹向禹，田俊陽

（齊齊哈爾大學輕工與紡織學院，黑龍江齊齊哈爾161006）

近年來，皮革廢水的年產量高達8000萬噸左右，約占我國工業(yè)廢水排放量的1.6%，已成為環(huán)境的主要污染源之一。皮革廢水具有COD高、有機含量高、色度高、成分復雜等特點，對人和其他生物具有致畸、致癌、致突變的三致作用。目前，皮革廢水處理的方法主要有氧化法、降解法、混凝法、吸附法等，其中吸附法具有成本低、操作簡便以及吸附效果顯著等優(yōu)點，對皮革廢水的處理越來越受到重視[1]?；钚蕴颗c高嶺土有很大的比表面積，作為水體懸浮物、油類有機物和重金屬離子等的吸附骨架，對污染物的吸附起著重要作用。亞甲基藍作為一種廣泛應用的陽離子大分子染料，是染料廢水中常見的污染物之一，通過對亞甲基藍的吸附研究可作為判定吸附劑吸附性能的重要指標。

本文以亞甲基藍為模擬污染物，采用活性炭與高嶺土混合吸附的方式處理廢液，研究其對亞甲基藍的吸附性能，著重探討吸附過程的等溫線吸附與吸附動力學，進一步研究其吸附行為。

1 實驗部分

1.1 試劑及儀器

活性炭、高嶺土、亞甲基藍（均為分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司）；SJ-3F型pH計（上海儀電科學儀器股份有限公司）；723型分光光度計（上海菁華科技儀器有限公司）；SHA-2型冷凍水浴恒溫震蕩器（金壇市瑞華儀器有限公司）；LD5-2A型臺式低速離心機（北京眾益中和生物技術有限公司）；DF-Ⅱ型集熱式磁力加熱攪拌器（金壇市榮華儀器制造有限公司）。

1.2 研究方法

取一定量配比的活性炭與高嶺土，經過粉碎、洗滌、烘干等預處理，加入到一定初始濃度的亞甲基藍廢液中，在一定溫度條件下進行振蕩反應，吸附一定時間后取出離心，測上層清液的吸光度，計算亞甲基藍的去除率與平衡吸附量。

2 結果與討論

2.1 吸附過程影響因素的研究

2.1.1 混合吸附劑配比影響

取初始濃度10mg/L的亞甲基藍溶液150mL，混合吸附劑投加量為0.2g，在20℃，pH值為6的條件下吸附60min，考察活性炭與高嶺土在不同質量配比條件下的吸附性能，結果見圖1。

由圖1可以看出，高嶺土與活性炭混合吸附劑吸附亞甲基藍過程中，當活性炭質量比例較高時體現出良好的吸附性能，當活性炭與高嶺土質量比為2∶1時，去除率最高為92%；但高嶺土成分比例較高時卻不利于對亞甲基藍的吸附，分析可能是高嶺土會占據活性炭的空隙，阻礙亞甲基藍分子進入活性炭的軌道，使其吸附性能降低[2]。

2.1.2 吸附劑投加量的影響

取初始濃度10mg/L的亞甲基藍溶液150mL，活性炭與高嶺土質量比為2∶1，在20℃，pH值為6的條件下吸附60min，考察混合吸附劑在不同投加量條件下的吸附性能，結果見圖2。

由圖2可以看出，當混合吸附劑的投加量為0.1 g時去除率為92%，投加量為0.2g時去除率達94%，隨后變化不大；混合吸附劑的吸附量由13mg/g減小到2.7 mg/g。分析可能是當亞甲基藍溶液濃度一定時，增加吸附劑用量可以提供更多的吸附位點，可以有更多的亞甲基藍吸附到吸附劑上，而亞甲基藍的濃度是一定的，雖然活性位點的數量變多了，但單位質量的混合吸附劑利用率卻降低[3]，所以混合吸附劑的最佳投放量為0.2g。

2.1.3 溶液p H值的影響

取初始濃度10mg/L的亞甲基藍溶液150mL，混合吸附劑投加量為0.2g且質量比為2∶1，在20℃條件下吸附60min，考察在不同pH值條件下混合吸附劑的吸附性能，結果見圖3。

圖1 混合吸附劑配比與去除率計算

圖2 吸附劑用量對其吸附亞甲基藍的影響

由圖3可以看出，隨著溶液pH值的增加，混合吸附劑的吸附量在12.5 mg/g～13.0mg/g之間變化不明顯，說明溶液pH值對混合吸附劑吸附亞甲基藍的影響不大。pH值對吸附的影響主要是通過改變吸附劑的表面電荷以及吸附質的帶電狀態(tài)來實現的。在中性條件下，亞甲基藍染料上的氮原子與活性炭和高嶺土的表面官能團，如—OH、—COOH等形成氫鍵產生吸附作用[4]；當改變溶液的pH值時，吸附劑表面官能團的綜合影響使其對帶正電荷的亞甲基藍陽離子的吸附效果影響不大，最終隨pH變化吸附效果無明顯差異[5]。

2.1.4 吸附時間的影響

取初始濃度10mg/L的亞甲基藍溶液150mL，混合吸附劑投加量為0.2g且質量比為2∶1，在20℃，pH為6的條件下，考察吸附時間對混合吸附劑吸附性能的影響，結果見圖4。

由圖4可以看出，隨著吸附時間的進行，混合吸附劑的吸附量先經過快速增長，隨后緩慢增長，最終達到吸附平衡狀態(tài)，當吸附60min時去除率達94%左右。分析可能是在吸附初期，亞甲基藍的濃度很大，吸附劑表面的吸附位點很多，濃度梯度大，所以前期的吸附速度很快；隨著吸附的進行，吸附位點逐漸被占據，亞甲基藍的濃度逐漸降低，濃度梯度變小，直到最后吸附接近飽和，整個吸附體系達到平衡狀態(tài)[6]。所以綜合吸附效率與吸附量因素，最佳吸附時間為60min。

2.2 吸附動力學研究

為研究吸附劑對亞甲基藍的吸附動力學，采用準一級動力學模型和準二級動力學模型對實驗數據進行線性擬合。將計算得到的相關動力學參數匯總于表1。

由表1可以看出，此吸附過程更符合準二級動力學模型[7]，升高溫度使吸附速率常數由0.02升高到0.05，最大吸附量由9.27 mg/g升高到9.36mg/g，亞甲基藍的去除率由20℃的92%提升至35℃的95%，因此說，升高溫度吸附速率以及吸附量均增大，具有重要的應用意義。

2.3 吸附等溫線研究

采用Freundlich等溫線模型和Langmuir等溫線模型在20℃和35℃條件下獲得的吸附平衡數據進行擬合，將計算得到的相關平衡參數匯總于表2。

由表2可以看出，在混合吸附劑吸附亞甲基藍過程中，吸附過程更符合Freundlich模型。說明在吸附亞甲基藍的過程中既有單層吸附，又有表面不均勻吸附，存在著氫鍵、共價鍵結合等化學吸附過程[8]；從20℃和35℃的1/n值可以看出，該混合吸附劑對亞甲基藍陽離子結合染料具有很好的吸附性能[9]。

圖3 pH值對吸附劑吸附亞甲基藍的影響

圖4 吸附時間對吸附劑吸附亞甲基藍的影響

表1 混合吸附劑吸附亞甲基藍的動力學參數

表2 混合吸附劑吸附亞甲基藍等溫線模型參數

3 結論

（1）混合吸附劑吸附亞甲基藍染液實驗的最佳吸附條件：活性炭與高嶺土的復配比為2∶1，吸附劑投加量為0.2g/150mL，吸附時間為60min，溫度為35℃，此時亞甲基藍染液的去除率可達95%。pH值對此吸附過程的影響不大。

（2）在混合吸附劑吸附亞甲基藍吸附動力學實驗中，吸附動力學更符合準二級動力學模型，溫度升高有利于混合吸附劑吸附亞甲基藍。

（3）在混合吸附劑吸附亞甲基藍吸附等溫線實驗中，吸附更符合Freundlich等溫線模型，說明此吸附既有單層吸附也有多層吸附，此吸附為化學吸附。