13X分子筛处理含苯酚废水研究

陶红1，徐国勋1，谢海英1，王勘英2?
(1.上海理工大学城市建设与环境工程学院，上海200093；2.大兴安岭林业设计院，黑龙江加格达奇　165000)

　　摘　要：将以天然岩石矿物为原料，经过较简单的工艺过程合成的13X沸石分子筛用于水中苯酚的吸附实验研究结果表明：分子筛对苯酚的吸附速率非常快，吸附时间为10min时吸附基本达饱和；当分子筛用量为10g/L时，水中苯酚的去除率达95%；随着pH值的增加,苯酚在分子筛上的吸附率减小；随温度增加，吸附率有所增加，但在常温下苯酚的吸附率也能达到96%；13X分子筛对苯酚的最大吸附量可达10mg/g，其吸附规律较好地符合Fruendlich吸附等温式；已饱和吸附的分子筛用质量分数为20%、温度为60℃的氯化钠溶液洗脱，解吸率近于100%，且解吸后的分子筛在未经任何处理的情况下仍能吸附苯酚。实验结果为实际应用提供了可行性依据。
　　关键词：废水处理；13X分子筛；吸附；苯酚
　　中图分类号：X703.1
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)04-0050-03

1　实验仪器与方法

1.1　试剂及仪器
　　所用试剂均为国产化学纯，废水样系用苯酚加蒸馏水配制而成。
　　实验仪器有721分光光度计；JB-90-2型定时恒温磁力搅拌器；PHS-25型酸度计；800型离心机；H.H.S8电热恒温水浴锅；101-A型数显电热鼓风干燥箱；JA2003型电子天平。?
1.2　实验方法
　　吸附及解吸均采用静态实验法，分别取6份初始质量浓度为50 mg/L的苯酚溶液50 mL，并各加入0.5 g分子筛开始搅拌，每隔一定时间依次从杯中取上清液离心后分析苯酚浓度，绘制吸附速率曲线；将0.5 g分子筛分别与不同浓度的50 mL苯酚水溶液在烧杯中混合搅拌，离心后取上清液测浓度，绘制吸附等温曲线，并考察不同温度、pH值及分子筛用量对吸附率的影响。
1.3　分析方法
　　苯酚浓度采用4-氨基安替比林直接光度法测定。

2　结果与讨论

2.1　吸附速率曲线
　　13X分子筛对苯酚的吸附速率曲线如图1所示可见分子筛对苯酚的吸附速率非常快，吸附时间为10 min时苯酚的去除率达?96.22%；随着时间延长，吸附率增加不大，说明已达到吸附平衡，由此可知13X分子筛可迅速、高效地处理水体中的苯酚。?

2.2　吸附等温曲线
吸附等温曲线(见图2)呈现出明显的非线性特征，这表明13X分子筛与苯酚之间主要是通过吸附方式发生作用的。?
　　由图2可见最大吸附量可达10 mg/g，这是由于13X分子筛具有特殊的孔道结构及较大的比表面积。它是一种极性吸附剂，与活性炭的吸附力完全由色散力所致不同，分子筛的强吸附力是色散力和静电力的加和产生的。由于分子筛孔穴中阳离子的存在产生一个强的局部电场，这种静电力使得分子筛对极性、不饱和及易极化分子具有优先的选择吸附作用。苯酚含有的极性基团C₆H₅-能与分子筛表面发生强烈的吸附作用，且分子直径适中，可进入分子筛的孔道中而被吸附。

　　在水和废水处理中通常用Fruendlich吸附等温式描述吸附容量qe与吸附平衡时溶液浓度C的关系，来比较不同温度和不同溶液浓度时吸附剂的吸附容量。根据实验数据，用图解方法求出K=65.6、n=3.5，其相关系数r=0.95，说明13X分子筛吸附苯酚的规律较好地符合Fruendlich吸附等温式。
2.3　温度对吸附性能的影响
　　根据实验数据绘出温度对吸附性能影响的曲线，如图3所示。

　　由图3可见，分子筛对苯酚的吸附率随温度的增加而增加，这是因为苯酚微溶于冷水，而随着温度升高溶解度也不断增加，65 ℃以上即可与水混溶，与水分子的亲合力大大增加。13X分子筛由于晶格中存在剩余电荷而使其表面有极性，易于吸附亲水性物质，所以随着温度升高苯酚的吸附率相应提高。还可看出，即使在常温下苯酚的吸附率也能达到96%，说明常温下分子筛也能有效去除水中的苯酚。?
2.4　pH值对吸附率的影响
　　pH值对分子筛吸附苯酚的影响如图4所示。

　　由图4可见，随着pH值的增加苯酚在分子筛上的吸附率减小，这是由于苯酚属弱酸性离子化合物，在一定的pH值范围内发生部分离子化，在水溶液中存在离子和非离子两种形态。当pH 值降低时，溶液中H+离子浓度增加，化合物的非离子形态所占的比例相对增大，非离子形态具有极高的疏水性，与离子形态相比更容易被分子筛的疏水表面所吸附；当pH值达到10时，苯酚几乎已全部呈离子形态，致使吸附率大大降低，但pH=2时反而比pH=4的吸附率低,这是因为在强酸性条件下存在过多的氢离子所致，由于氢离子半径比苯酚半径小遂优先进入13X分子筛的孔道中,因而降低了苯酚的吸附率。
2.5　分子筛用量对吸附率的影响
　　分子筛用量对吸附率的影响如图5所示(废水体积为50 mL)。

　　由图5可见，水中苯酚的吸附率随分子筛用量的增加而提高，当分子筛用量为0.5g(即10 g/ L)时，水中苯酚的去除率已达95%，此后随着用量增加吸附率虽有增加，但增加率很小，说明吸附已达饱和，所以从经济角度出发，在实验中选用10 g/L的分子筛用量。
2.6　苯酚的解吸实验
　　先将0.5 g分子筛放入浓度为50 mg/L的苯酚溶液中进行吸附实验，吸附时间为10 min。吸附后的分子筛分别用不同温度(15、40、60 ℃)和质量分数(10%、20%、30%)的氯化钠溶液洗脱，洗脱时间为10 min。然后将解吸后的分子筛不经任何处理立即进行第2次吸附实验(条件 与第一次相同)，再用同样的氯化钠溶液进行第2次解吸实验，时间仍为10min，结果见表1。

表1　13X分子筛解吸实验结果 NaCl质量分数(%) 15 ℃ 40℃ 60 ℃ 处理次数 吸附率(%) 解吸率(%) 处理次数 吸附率(%) 解吸率(%) 处理次数 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可见，第1次解吸实验苯酚的解吸率＞90%，解吸后的分子筛对苯酚的吸附率基本上达90%，说明分子筛的重复利用性较好。实验结果表明，氯化钠洗脱液的浓度及温度均 对解吸率有较大影响，当氯化钠质量分数为20%、温度为60 ℃时，洗脱效果最好。

3 结论

　　 ①分子筛对苯酚的吸附速率非常快，吸附时间为10min时苯酚的去除率达96.22%，可见13X分子筛可迅速、高效地处理水体中的苯酚。?
　　②13X分子筛对苯酚的最大吸附量可达10 mg/g，其吸附规律较好地符合Fruendlich吸附等温式。
　　③分子筛对苯酚的吸附率随温度的增加而增加，即使在常温下苯酚的吸附率也能达到96%，表明常温下分子筛也能有效去除水中的苯酚。
　　④pH值对吸附率有较好的影响，随着pH值的增加,苯酚在分子筛上的吸附率减小。
　　⑤水中苯酚的吸附率随分子筛用量的增加而提高，当分子筛用量为10g/L时，水中苯酚的去除率达95%，吸附已达饱和。
　　⑥用氯化钠溶液洗脱苯酚，其两次解吸率均为90%，解吸后的分子筛对苯酚的吸附率基本上达90%，说明分子筛的重复利用性较好。当氯化钠质量分数为20%、温度为60 ℃时洗脱效果最好。

参考文献：

　　［1］金相灿.有机化合物污染化学—有毒有机物污染化学［M］.北京:清华大学出版社,1990.
　　［2］佟丽萍,唐霞,朱宝花，等.含酚废水处理方法的选择［J］.工业水处理,1998,18(5):36-37.
　　［3］ 陶红，马鸿文.钾长石合成13X分子筛的实验研究［J］.无机材料学报，2001，16(1)：63-67.
　　［4］陶红，马鸿文.假白榴石响岩合成13X分子筛实验研究［J］.非金属矿，2000，(4)：13-15.
　　［5］ 国家环保局水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法(第3版)［M］.北京：中国环境科学出版社，1998.

　　电　话：(021)65681991?
　　E-mail:[email protected]
　　收稿日期：2001-08-16