陶紅1，徐國(guó)勛1，謝海英1，王勘英2?
(1.上海理工大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，上海200093；2.大興安嶺林業(yè)設(shè)計(jì)院，黑龍江加格達(dá)奇　165000)

　　摘　要：將以天然巖石礦物為原料，經(jīng)過較簡(jiǎn)單的工藝過程合成的13X沸石分子篩用于水中苯酚的吸附實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明：分子篩對(duì)苯酚的吸附速率非常快，吸附時(shí)間為10min時(shí)吸附基本達(dá)飽和；當(dāng)分子篩用量為10g/L時(shí)，水中苯酚的去除率達(dá)95%；隨著pH值的增加,苯酚在分子篩上的吸附率減??；隨溫度增加，吸附率有所增加，但在常溫下苯酚的吸附率也能達(dá)到96%；13X分子篩對(duì)苯酚的最大吸附量可達(dá)10mg/g，其吸附規(guī)律較好地符合Fruendlich吸附等溫式；已飽和吸附的分子篩用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%、溫度為60℃的氯化鈉溶液洗脫，解吸率近于100%，且解吸后的分子篩在未經(jīng)任何處理的情況下仍能吸附苯酚。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為實(shí)際應(yīng)用提供了可行性依據(jù)。
　　關(guān)鍵詞：廢水處理；13X分子篩；吸附；苯酚
　　中圖分類號(hào)：X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)04-0050-03

1　實(shí)驗(yàn)儀器與方法

1.1　試劑及儀器
　　所用試劑均為國(guó)產(chǎn)化學(xué)純，廢水樣系用苯酚加蒸餾水配制而成。
　　實(shí)驗(yàn)儀器有721分光光度計(jì)；JB-90-2型定時(shí)恒溫磁力攪拌器；PHS-25型酸度計(jì)；800型離心機(jī)；H.H.S8電熱恒溫水浴鍋；101-A型數(shù)顯電熱鼓風(fēng)干燥箱；JA2003型電子天平。?
1.2　實(shí)驗(yàn)方法
　　吸附及解吸均采用靜態(tài)實(shí)驗(yàn)法，分別取6份初始質(zhì)量濃度為50 mg/L的苯酚溶液50 mL，并各加入0.5 g分子篩開始攪拌，每隔一定時(shí)間依次從杯中取上清液離心后分析苯酚濃度，繪制吸附速率曲線；將0.5 g分子篩分別與不同濃度的50 mL苯酚水溶液在燒杯中混合攪拌，離心后取上清液測(cè)濃度，繪制吸附等溫曲線，并考察不同溫度、pH值及分子篩用量對(duì)吸附率的影響。
1.3　分析方法
　　苯酚濃度采用4-氨基安替比林直接光度法測(cè)定。

2　結(jié)果與討論

2.1　吸附速率曲線
　　13X分子篩對(duì)苯酚的吸附速率曲線如圖1所示可見分子篩對(duì)苯酚的吸附速率非?？?，吸附時(shí)間為10 min時(shí)苯酚的去除率達(dá)?96.22%；隨著時(shí)間延長(zhǎng)，吸附率增加不大，說明已達(dá)到吸附平衡，由此可知13X分子篩可迅速、高效地處理水體中的苯酚。?

2.2　吸附等溫曲線
吸附等溫曲線(見圖2)呈現(xiàn)出明顯的非線性特征，這表明13X分子篩與苯酚之間主要是通過吸附方式發(fā)生作用的。?
　　由圖2可見最大吸附量可達(dá)10 mg/g，這是由于13X分子篩具有特殊的孔道結(jié)構(gòu)及較大的比表面積。它是一種極性吸附劑，與活性炭的吸附力完全由色散力所致不同，分子篩的強(qiáng)吸附力是色散力和靜電力的加和產(chǎn)生的。由于分子篩孔穴中陽離子的存在產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)的局部電場(chǎng)，這種靜電力使得分子篩對(duì)極性、不飽和及易極化分子具有優(yōu)先的選擇吸附作用。苯酚含有的極性基團(tuán)C₆H₅-能與分子篩表面發(fā)生強(qiáng)烈的吸附作用，且分子直徑適中，可進(jìn)入分子篩的孔道中而被吸附。

　　在水和廢水處理中通常用Fruendlich吸附等溫式描述吸附容量qe與吸附平衡時(shí)溶液濃度C的關(guān)系，來比較不同溫度和不同溶液濃度時(shí)吸附劑的吸附容量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用圖解方法求出K=65.6、n=3.5，其相關(guān)系數(shù)r=0.95，說明13X分子篩吸附苯酚的規(guī)律較好地符合Fruendlich吸附等溫式。
2.3　溫度對(duì)吸附性能的影響
　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出溫度對(duì)吸附性能影響的曲線，如圖3所示。

　　由圖3可見，分子篩對(duì)苯酚的吸附率隨溫度的增加而增加，這是因?yàn)楸椒游⑷苡诶渌?，而隨著溫度升高溶解度也不斷增加，65 ℃以上即可與水混溶，與水分子的親合力大大增加。13X分子篩由于晶格中存在剩余電荷而使其表面有極性，易于吸附親水性物質(zhì)，所以隨著溫度升高苯酚的吸附率相應(yīng)提高。還可看出，即使在常溫下苯酚的吸附率也能達(dá)到96%，說明常溫下分子篩也能有效去除水中的苯酚。?
2.4　pH值對(duì)吸附率的影響
　　pH值對(duì)分子篩吸附苯酚的影響如圖4所示。

　　由圖4可見，隨著pH值的增加苯酚在分子篩上的吸附率減小，這是由于苯酚屬弱酸性離子化合物，在一定的pH值范圍內(nèi)發(fā)生部分離子化，在水溶液中存在離子和非離子兩種形態(tài)。當(dāng)pH 值降低時(shí)，溶液中H+離子濃度增加，化合物的非離子形態(tài)所占的比例相對(duì)增大，非離子形態(tài)具有極高的疏水性，與離子形態(tài)相比更容易被分子篩的疏水表面所吸附；當(dāng)pH值達(dá)到10時(shí)，苯酚幾乎已全部呈離子形態(tài)，致使吸附率大大降低，但pH=2時(shí)反而比pH=4的吸附率低,這是因?yàn)樵趶?qiáng)酸性條件下存在過多的氫離子所致，由于氫離子半徑比苯酚半徑小遂優(yōu)先進(jìn)入13X分子篩的孔道中,因而降低了苯酚的吸附率。
2.5　分子篩用量對(duì)吸附率的影響
　　分子篩用量對(duì)吸附率的影響如圖5所示(廢水體積為50 mL)。

　　由圖5可見，水中苯酚的吸附率隨分子篩用量的增加而提高，當(dāng)分子篩用量為0.5g(即10 g/ L)時(shí)，水中苯酚的去除率已達(dá)95%，此后隨著用量增加吸附率雖有增加，但增加率很小，說明吸附已達(dá)飽和，所以從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，在實(shí)驗(yàn)中選用10 g/L的分子篩用量。
2.6　苯酚的解吸實(shí)驗(yàn)
　　先將0.5 g分子篩放入濃度為50 mg/L的苯酚溶液中進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，吸附時(shí)間為10 min。吸附后的分子篩分別用不同溫度(15、40、60 ℃)和質(zhì)量分?jǐn)?shù)(10%、20%、30%)的氯化鈉溶液洗脫，洗脫時(shí)間為10 min。然后將解吸后的分子篩不經(jīng)任何處理立即進(jìn)行第2次吸附實(shí)驗(yàn)(條件 與第一次相同)，再用同樣的氯化鈉溶液進(jìn)行第2次解吸實(shí)驗(yàn)，時(shí)間仍為10min，結(jié)果見表1。

表1　13X分子篩解吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果 NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%) 15 ℃ 40℃ 60 ℃ 處理次數(shù) 吸附率(%) 解吸率(%) 處理次數(shù) 吸附率(%) 解吸率(%) 處理次數(shù) 吸附率(%) 解吸率(%) 10 第1次 96.83 90.14 第1次 96.83 90.77 第1次 96.83 94.07 第2次 94.99 87.00 第2次 90.14 88.00 第2次 92.04 92.23 20 第1次 96.83 95.26 第1次 96.83 96.37 第1次 96.83 98.98 第2次 95.09 90.78 第2次 97.09 981.21 第2次 95.34 97.00 30 第1次 96.83 90.55 第1次 96.83 90.11 第1次 96.83 95.02 第2次 95.33 88.00 第2次 92.09 87.88 第2次 93.9 93.00

　　由表1可見，第1次解吸實(shí)驗(yàn)苯酚的解吸率＞90%，解吸后的分子篩對(duì)苯酚的吸附率基本上達(dá)90%，說明分子篩的重復(fù)利用性較好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氯化鈉洗脫液的濃度及溫度均 對(duì)解吸率有較大影響，當(dāng)氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%、溫度為60 ℃時(shí)，洗脫效果最好。

3 結(jié)論

　　 ①分子篩對(duì)苯酚的吸附速率非?？?，吸附時(shí)間為10min時(shí)苯酚的去除率達(dá)96.22%，可見13X分子篩可迅速、高效地處理水體中的苯酚。?
　?、?3X分子篩對(duì)苯酚的最大吸附量可達(dá)10 mg/g，其吸附規(guī)律較好地符合Fruendlich吸附等溫式。
　　③分子篩對(duì)苯酚的吸附率隨溫度的增加而增加，即使在常溫下苯酚的吸附率也能達(dá)到96%，表明常溫下分子篩也能有效去除水中的苯酚。
　　④pH值對(duì)吸附率有較好的影響，隨著pH值的增加,苯酚在分子篩上的吸附率減小。
　?、菟斜椒拥奈铰孰S分子篩用量的增加而提高，當(dāng)分子篩用量為10g/L時(shí)，水中苯酚的去除率達(dá)95%，吸附已達(dá)飽和。
　　⑥用氯化鈉溶液洗脫苯酚，其兩次解吸率均為90%，解吸后的分子篩對(duì)苯酚的吸附率基本上達(dá)90%，說明分子篩的重復(fù)利用性較好。當(dāng)氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%、溫度為60 ℃時(shí)洗脫效果最好。

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　　收稿日期：2001-08-16