废弃茶叶渣处理含酚废水的研究

发布时间:2019-08-31 来源: 历史回眸 点击:


  摘 要:用FeCl3、AlCl3、FeSO4对茶渣进行改性,研究改性后的茶渣对含酚废水的吸附性能。探讨了溶液的初始浓度、pH值和时间及温度等因素对吸附性能的影响,并探讨了等温吸附过程。结果表明,FeCl3对茶渣的改性效果最好,用此改性茶渣对苯酚进行吸附,在溶液pH为9.0,苯酚初始溶度为200mg/L,投加200目改性茶渣2.5g,温度50℃下吸附60min时吸附效果最好,最大吸附量为8.5mg/g。
  关键词:改性茶渣;含酚废水;吸附
  1 绪论
  随着工业化的发展,排向环境中的含酚废水越来越多,由于其具有很强的毒性,已经受到国内外广泛关注。目前含酚废水的传统处理方法主要有萃取法、生物处理法;新兴技术则有光催化技术、临界水氧化技术、电催化技术、超声降解技术[1]。茶叶渣是冲泡后的茶叶渣滓。茶叶和茶汤中含有多种多样的含氧、氮、磷和硫的活性基团这些基团在适宜条件下与金属离子发生不同反应,使多种金属离子沉淀。国内茶叶的吸附研究处于起步阶段,茶叶作为吸附材料,对金属离子的吸附已有许多报道[2],但对有机分子的吸附研究较少。本研究通过改性过的茶叶渣来处理含酚废水,旨在找到一种新的以废治废的含酚废水处理技术。
  2 实验部分
  2.1 试剂与仪器
  试剂:茶叶(市售绿茶);氯化铵;氨水;铁氰化钾;4-氨基安替比林,苯酚、三氯化铁、硫酸亚铁等均为分析纯。
  仪器:So8-h2调速振荡器、T6新悦可见分光光度计、PHS-3C型酸度计、SHA-B水浴恒温振荡器。
  2.2 实验方法
  2.2.1 茶叶渣的制备和茶渣改性的方法
  将市售绿茶浸泡2次:第一次用90℃自来水浸泡,浸泡时间为12h;后将茶汤滤去,再加蒸馏水浸泡12h。浸泡完后过滤,将滤后的茶叶在烘箱中110℃下烘干后,研磨成粉末,并分别用200目,100目,80目,60目,40目,10目的筛子进行分类。放置在干燥皿中备用[3]。室温下,取1g茶叶渣置于1.5mol/L的改性剂中搅拌1h,然后用真空泵进行抽滤,再将其置于105℃下烘干24h,即得到改性茶叶,改性茶叶放置干燥皿中备用。
  2.2.2 改性茶叶渣对含酚废水的去除效果实验
  室温下,称取一定量的改性茶叶,加入盛有一定浓度模拟苯酚溶液的锥形瓶中,调节pH,在恒温振荡器上震荡吸附至平衡,取上层清液3份,做平行实验,用分光光度法(λ=510nm)测定其中苯酚残余浓度。
  3 结果与分析
  3.1 改性剂的选择
  在苯酚浓度为40mg/L;溶液体积为50mL;粒径100目的改性茶叶渣加入1g的条件下,考察不同改性剂对苯酚吸附效果的影响,其中改性剂的浓度均为1.5mol/L,做三组平行实验,结果见表1。
  由此可见加入改性剂后吸附性能有所提高,在三种改性剂中,三氯化铁的改性效果最好,氯化铝次之,硫酸亚铁最差。因此,以下实验均选用三氯化铁改性后的茶渣作为吸附剂。
  表1 改性剂的选择实验结果
  3.2 茶渣的粒径对吸附量的影响
  分别向6组50mL的100mg/L模拟含酚废水中加入200目、100目、80目、60目、40目、10目改性后茶渣1g,调节pH为2,常温下震荡60min,过滤后得上清液,测定吸光度。研究茶渣粒径与对吸附量的影响。如图1。
  由图1可以看出,茶渣对苯酚的吸附量随着茶渣粒径的减小而增大,当茶渣的粒径小于100目时,对吸附的影响不大,因此实验选择100目的茶渣做吸附剂。
  3.3 溶液初始浓度对吸附量的影响
  配制50mL浓度分别为40.0mg/L、60.0mg/L、80.0mg/L、100.0mg/L、150.0mg/L、200.0mg/L、300.0mg/L和500.0mg/L的苯酚溶液,调节pH为2,称取1g的100目的改性茶渣8份,分别放入各苯酚溶液中,将溶液在室温下振荡60min后,取出测量吸光度值,研究溶液初始浓度对苯酚吸附量的影响,结果如图2。
  图2 室温下,初始浓度对吸附量的影响
  由图2可知,室温下,随着初始浓度的增加,吸附量增加。当初始浓度大于200mg/L时,吸附量变化不大,说明初始浓度在200mg/L时,改性茶叶吸附达到饱和。所以以下实验,苯酚溶液初始浓度均选用200mg/L。
  3.4 pH对吸附量的影响
  配制50mL浓度为200mg/L的苯酚溶液6份,并调节pH分别为3、5、7、9、11和12,分别加入用氯化铁改性好的茶渣1g,将苯酚溶液置于振荡器中振荡60min,研究pH对苯酚溶液吸附量的影响,结果如图3。
  图3 在200mg/L的初始浓度下,pH对吸附量的影响
  由图3可知,在初始浓度200mg/L下,溶液pH值在1.0至9.0时,改性茶叶对苯酚的吸附量随着pH的增大而增大;当溶液pH大于9.0时,随着溶液pH值的增大,吸附量反而减小。这是由于pH过高,改性茶叶上的Fe3+生成Fe(OH)3沉淀而解吸到溶液中,影响了吸附,所以最佳吸附pH为9.0。以下实验溶液的pH均调为9.0。
  3.5 吸附时间对吸附量的影响
  配制50mL浓度为200mg/L的苯酚溶液7份,调节pH为9.0,分别向苯酚溶液中加入1g改性茶叶,调节振荡器时间为70min,每隔十分钟取出一瓶,研究吸附时间对苯酚溶液吸附量的影响,结果见图4。
  图4 吸附时间对吸附量的影响
  由图4可知,初始浓度200mg/L,pH为9.0时,吸附量随着时间的增长而增加,当吸附时间达到60min后,吸附量基本保持不变,达到吸附平衡。开始时吸附很快是由于苯酚主要吸附在三氯化铁改性茶叶的表面,随着吸附时间的延长,苯酚逐渐进入三氯化铁改性茶叶的孔隙而被吸附,因为苯酚通过茶叶孔隙阻力增大,传质速度减慢,吸附率随吸附时间缓慢增加,直至达到吸附平衡。为保证达到吸附平衡,后面的实验吸附时间选为60min。

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