一種木屑填充固定床吸附偶氮染料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種木肩填充固定床吸附偶氮染料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]印染染料廣泛應(yīng)用于紡織、塑料、食品和化妝品等行業(yè)，讓人類生活變得色彩絢爛、五彩繽紛。然而，染料在生產(chǎn)和使用過程中有10%_20%的染料直接釋放到水體中，產(chǎn)生大量的染料廢水。染料廢水的顯著特點(diǎn)是色度高、PH范圍廣、鹽濃度高和可生化性差，是工業(yè)廢水治理的難點(diǎn)，其中水體中染料污染物的去除脫色是染料廢水治理的關(guān)鍵問題。
[0003]印染染料的品種多樣，年產(chǎn)量超過750000噸，其中偶氮類染料約占染料總量的80%。偶氮染料含有偶氮發(fā)色基團(tuán)和芳香環(huán)結(jié)構(gòu)，降低水體的透明度和溶解氧水平，且具有致癌、致突變和致畸性效應(yīng)。因此，水體中偶氮染料的去除脫色是染料廢水治理的重點(diǎn)。目前，水體中偶氮染料的去除脫色方法有吸附、化學(xué)氧化、生物酶法和微生物降解等，其中吸附法由于其操作要求低、運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。特別的，選擇來源豐富、成本低廉的木質(zhì)纖維素廢棄物作為吸附劑，可以解決廢棄物焚燒、丟棄等造成的環(huán)境污染問題，實(shí)現(xiàn)“以廢治廢”。
[0004]木肩是木材加工業(yè)的廢棄物，纖維素含量占40%?55%，半纖維素含量占25%?40%，木質(zhì)素含量占18%?25%，作為可再生資源進(jìn)行開發(fā)和應(yīng)用，具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。開發(fā)木肩作為生物吸附劑已受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注，木肩和染料廢水在攪拌容器內(nèi)混合、接觸和吸附，且為提高木肩對(duì)染料的吸附容量，多采用化學(xué)改性方法。賴靜寧等(《環(huán)氧氯丙烷改性木肩對(duì)染料脫色性能的研究》，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2014，(7): 181 -182，184 )利用環(huán)氧氯丙烷改性木肩，提高木肩對(duì)孔雀石綠的吸附容量。專利號(hào)201310519927.1公開了有機(jī)酸處理和酯化反應(yīng)改性木肩的方法，吸附去除水體中的堿性染料。錢永等(《NaOH改性落葉松鋸木肩對(duì)活性染料的吸附性能》，生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，28(4): 445-450)利用NaOH改性改善木肩對(duì)活性染料KN-B，K-2BP和KN-R的吸附性能。化學(xué)改性方法能夠有效提高木肩對(duì)染料的吸附容量，提高處理能力，但隨之而來，增加吸附劑的制備成本和/或產(chǎn)生二次污染。
[0005]吸附操作主要有兩種，一種為攪拌容器內(nèi)的吸附操作，即在攪拌容器內(nèi)，吸附劑與溶液均勻混合，充分接觸，促進(jìn)吸附的進(jìn)行。另一種是吸附劑填充于柱體中形成床層，溶液從床層流過時(shí)被吸附，如固定床、移動(dòng)床等，其中固定床是最重要的操作方法。固定床是指吸附柱內(nèi)填充吸附劑，待吸附分離的溶液從吸附柱頂部進(jìn)入，底部流出。吸附在床層的一部分區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，其余部分或者在床層頂部已達(dá)到飽和而處于平衡狀態(tài)，或者在床層底部還處于尚未開始吸附的狀態(tài)。隨著吸附的進(jìn)行，吸附區(qū)逐漸向底部出口端移動(dòng)，直至達(dá)到吸附穿透點(diǎn)。由于攪拌容器內(nèi)吸附只能達(dá)到一級(jí)吸附平衡，而固定床能夠達(dá)到多級(jí)吸附平衡，固定床吸附操作方法能夠顯著增加吸附容量，提高生產(chǎn)能力，且不會(huì)增加制備吸附劑的成本和/或產(chǎn)生二次污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種木肩填充固定床吸附偶氮染料的方法，本發(fā)明以木肩為生物吸附劑，形成一種木肩填充固定床，基于固定床能夠達(dá)到多級(jí)吸附平衡，提高木肩對(duì)偶氮染料的吸附容量，在較為廣泛的PH、鹽濃度和染料濃度范圍內(nèi)，均表現(xiàn)出優(yōu)良的吸附性能，操作簡便、成本低、不產(chǎn)生二次污染。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種木肩填充固定床吸附偶氮染料的方法，該方法包括以下步驟:
(1)木肩的預(yù)處理:木肩粉碎后過40目篩，在85°C下干燥至恒重；
(2)木肩的裝柱:稱取干燥后木肩，按照1:50-80的比例分散于水中，混勻后放置4_6h，吸水溶脹;溶脹后木肩填充到有機(jī)玻璃柱，靜置2-3 h;在流速180-400 mL/h的條件下進(jìn)行水洗滌，洗滌時(shí)間0.5-1 h，形成高徑比為14-20: I的木肩填充固定床；
(3)固定床吸附偶氮染料:偶氮染料廢水由固定床頂部進(jìn)入，底部流出;濃度為100-300mg/L,pH 3.0-10.0、他(:1濃度0-1.0 mol/L的染料廢水在流速180-400 mL/h的條件下流過固定床，染料吸附于木肩中，收集流出液；以單位體積20.0 mL對(duì)流出液進(jìn)行收集，直到達(dá)到吸附穿透點(diǎn)，終止吸附并統(tǒng)計(jì)流出液體積，計(jì)算吸附容量，其中穿透點(diǎn)是指流出液的染料濃度與流入液的染料濃度的比值為5%;吸附容量是指單位質(zhì)量木肩吸附染料的量，即流出液體積和染料濃度的乘積與木肩質(zhì)量的比值。
[0008]上述染料濃度100-300 mg/L，流速 180-400 1^/11，恥(:1濃度0-1.0 mol/L、pH 3.0-10.0、高徑比為 14-20:1。
[0009]上述的偶氮染料為剛果紅、酸性紅3R，酸性紅GR。
[0010]上述固定床的水洗滌流速和吸附流速均為180-400 mL/h O[0011 ]由于本發(fā)明采取了上述技術(shù)方案，其有益效果體現(xiàn)在:
(I)利用固定床吸附能夠?qū)崿F(xiàn)多級(jí)吸附平衡，提高木肩對(duì)偶氮染料的吸附容量。與化學(xué)改性木肩提高其吸附容量的方法相比，具有成本低廉，無二次污染的優(yōu)點(diǎn)。
[0012](2)木肩是木材加工業(yè)的廢棄物，開發(fā)木肩為生物吸附劑，吸附去除水體中的偶氮染料污染物，實(shí)現(xiàn)“以廢治廢”。
[0013](3)木肩的表面粗糙且有孔洞，含有多種化學(xué)官能團(tuán)，在較為廣泛的pH( 3.0-10.0)、鹽濃度(NaCl，0-1.0 mol/L)和染料濃度(100-300 mg/L)范圍內(nèi)，均表現(xiàn)出優(yōu)良的吸附性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0015]圖1為本發(fā)明木肩的掃描電鏡圖。
[0016]圖2為本發(fā)明木肩的紅外光譜圖。
[0017]圖3為本發(fā)明木肩吸附偶氮染料的效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]—種木肩填充固定床吸附偶氮染料的方法，該方法包括以下步驟: (I)木肩的預(yù)處理:木肩粉碎后過40目篩，在85°C下干燥至恒重；
(2 )木肩的裝柱:稱取一定量干燥后木肩，按照I: 50-80的比例溶于水中，混勻后放置4-6 h，吸水溶脹。溶脹后木肩填充到有機(jī)玻璃柱，靜置2-3 h。在流速180-400 mL/h的條件下進(jìn)行水洗滌，洗滌時(shí)間0.5-1 h，形成高徑比為14-20:1的木肩填充固定床。
[0019](3)固定床吸附偶氮染料:偶氮染料廢水由固定床頂部進(jìn)入，底部流出。染料濃度為 100-300 mg/L、pH 3.0-10.(KNaCl濃度0-1.0 mol/L的廢水在吸附流速 180-400 mL/h的條件下流過固定床，染料吸附于木肩中，收集流出液。以單位體積20.0 mL對(duì)流出液進(jìn)行收集，直到達(dá)到吸附穿透點(diǎn)，終止吸附并統(tǒng)計(jì)流出液體積，計(jì)算吸附容量(mg/g)。其中穿透點(diǎn)是指流出液的染料濃度與流入液的染料濃度的比值為5%;吸附容量是指單位質(zhì)量木肩吸附染料的量，即流出液體積和染料濃度的乘積與木肩質(zhì)量的比值。
[0020]實(shí)施實(shí)例I
(I)木肩粉碎后過40目篩，在85°C下干燥至恒重。
[0021 ] (2)稱重干燥木肩9.0 g后按照1:50的比例分散于水中，攪勻后放置4 h，吸水溶脹。溶脹后木肩填充到內(nèi)徑1.6 cm的有機(jī)玻璃柱，靜置2 h。在流速180 mL/h的條件下洗滌0.5 h，形成高徑比為20:1的固定床。
[0022](3)200 mg/L剛果紅染料溶液在流速 180 mL/h,pH 10.0，NaCl濃度1.0 mol/L的條件下流過固定床，染料吸附于木肩中，收集流出液。以單位體積20.0 mL對(duì)流出液進(jìn)行收集，直到達(dá)到吸附穿透點(diǎn)，終止吸附并統(tǒng)計(jì)流出液體積為2280 mL，計(jì)算吸附容量為50.7 mg/g。
[0023]實(shí)施實(shí)例2
(I)木肩粉碎后過40目篩，在85°C下干燥至恒重。
[0024](2)稱重干燥木肩9.0 g后按照1:65的比例分散于水中，攪勻后放置5 h，吸水溶脹。溶脹后木肩填充到內(nèi)徑1.6 cm的有機(jī)玻璃柱，靜置2.5 h。在流速180 mL/h的條件下洗滌0.5 h，形成高徑比為20:1的固定床。
[0025](3)200 mg/L酸性紅3R染料溶液在流速 180 mL/h,pH 10.0，NaCl濃度I.0 mol/L的條件下流過固定床，染料吸附于木肩中，收集流出液。以單位體積20.0 mL對(duì)流出液進(jìn)行收集，直到達(dá)到吸附穿透點(diǎn)，終止吸附并統(tǒng)計(jì)流出液體積為1380 mL，計(jì)算吸附容量為30.7
mg/g。
[0026]實(shí)施實(shí)例3
(I)木肩粉碎后過40目篩，在85°C下干燥至恒重。
[0027](2)稱重干燥木肩9.0 g后按照1:80的比例分散于水中，攪勻后放置6 h，吸水溶脹。溶脹后木肩填充到內(nèi)徑1.6 cm的有機(jī)玻璃柱，靜置3 h。在流速180 mL/h的條件下洗滌0.75 h，形成高徑比為20:1的固定床