苯胺是染料、農藥和醫藥生產中的重要中間體。但是,苯胺是一種難生物降解 的有毒物質,毒性很大,通過皮膚和吸入蒸氣被人體很快吸收,會產生紫斑癥。我國 己將其列入“中國環境優先污染物黑名單”。
因此,國內外對含苯胺廢水的治理曰益重視。目前,國內外治理此類廢水的方法主要有化學氧化法、光氧化法、生物法等。 這類處理手段存在氧化劑消耗量大,處理時間長等不足。由于污染治理本身不能帶來 經濟效益,所以在進行污染治理時除了強調治理效果外,治理的費用則是最重要的。陶紅等以天然巖石礦物為原料,經過較簡單的工藝過程合成的13X沸石分子篩用于吸附水中苯胺的實驗。
結果表明:分子篩對苯胺的吸附速率非常快,吸附時 間為10min時,吸附基本達飽和;一般當分子篩用量為10g/L時,水中苯胺的去 除率達95%;隨著pH值的增加,苯胺在分子篩上的吸附率減小;溫度増加,吸附率有所增加,但常溫下,苯胺的吸附率也能達到93%; 13X分子篩對苯胺的最大吸附量可達10mg/g,其吸附規律較好地符合Frucndlich吸附等溫式;飽和的苯胺分子篩,用質量濃度為20%、溫度為60°C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任何處理的情況下仍能吸附苯胺;說明采用13X分子篩 處理含苯胺廢水,不僅吸附效果好而且再生能力也強,為實際處理含苯胺廢水提供了可行性依據。研究報告如下。
實驗方法吸附及解吸均采用靜態實驗法,各取6份初始濃度為50mg/L的苯胺 溶液50mL,各加入0.5g分子篩,同時開始攪拌,每隔一定時間依次從杯中取上 清液離心后分析濃度,繪制吸附速率曲線,將0.5g分子篩分別與不同濃度的50mL苯胺水溶液在燒杯中混合撹拌,離心后取上清液測濃度,繪制吸附等溫曲線,并考察不同溫度、pH值及用量對吸附率的影響。
(1)吸附速率曲線13X分子篩對苯胺的吸附速率曲線,
(2)吸附等溫曲線吸附等溫曲線(圖4-4)呈現出明顯的非線性特征,這表明13X分子篩與苯胺之間主要是通過吸附方式發生作用的,從圖中可見最大吸附量可達10mg/g,這一方面是由于13X分子篩特殊的孔道結構及較大的比表面積。13X分子篩是一種極性吸附劑,與活性炭不同,活性炭的吸附力完全是色散力,分子篩的強吸附力是色散力和靜電力的加和產生的。由于分子篩孔穴中陽離子的存在給出一個強的局部電場,正是由于這種靜電力的關系,使得分子篩對極性、不飽和及易極化分子具有優先的選擇吸附作用,苯胺是極性化合物,能與分子篩表面發生強烈的吸附作用,且分子直徑適中,可進入分子篩的孔道中被吸附。
(3)溫度對吸附性能影響根據實驗數據繪出溫度對吸附性能影響的曲線(圖4-5),由圖中可看出分子篩對苯胺的吸附率隨溫度的增加而有所增加,這是因為苯胺微溶于冷水,隨著溫度升高,苯胺在水中的溶解度也不斷增加,與水分子的親和力大大增加。13X沸石分子篩由于晶格中存在剩余電荷,使其表面有極性,易于吸附親水性物質。所以,隨著溫度升高,苯胺的吸附率相應提髙。從圖中還可看出,即使在常溫下,苯胺的吸附率也能達到93%,說明常溫下分子篩能有效去除水中的苯胺。
可見分子篩對苯胺的吸附速率非常快,吸附時間為10min時,苯胺的去除率達96%,以后隨著時間延長,吸附率增加不大,說明吸附己達到平衡,由此可知13X分子篩可用于水體中苯胺的迅速、高效的處理。
(4)pH值對吸附率的影響pH值對分子篩吸附苯胺的影響
pH值為4時吸附率最大,以后隨著pH值的增加,苯胺在分子篩上的吸附率減小,這是由于苯胺屬弱酸性離子化合物,在一定的pH值范圍內發生部分離子化。
水溶液中存在有離子和非離子兩種形態,當pH值降低時,溶液中H+濃度增加,化合物的非離子形態所占的比例相對增大。
非離子形態具有極高的疏水性與離子形態相比更容易被分子篩的疏水表面所吸附。
當pH值達到10時,苯胺幾乎已全部呈離子形態,致使吸附率大大降低,但pH值為2時反而比pH值為4的吸附率低,這是因為強酸性條件下,存在過多的氫離子,由于氫離子的半徑比苯胺的半徑小,優先進入13X分子篩的孔道中,降低了苯胺的吸附率。
(5)分子篩用量對吸附率的影響分子篩用量對吸附率的影響
水中苯胺的吸附率隨分子篩用量的増加而提高,一般當分子篩用量為
10g/時,水中苯胺的去除率達95%,此后,隨著用量増加吸附率雖有增加,但
增加率很小,說明吸附已達飽和。所以,從經濟角度出發,在實驗中選用10gL
分子篩。
(6)胺的解吸實驗為了進一步考察13X分子篩工業應用的可行性,進行了解吸效果的實驗。
先將0.5g分子篩放入濃度為50mg/L的苯胺溶液中進行吸附實驗,吸附時間為10min。吸附后的分子篩分別用溫度為15℃、40℃、60℃,質量濃度分別為10%、20%、30%的氯化鈉溶液洗脫,洗脫時間為10min。然后將解吸后的分子篩不經任何處理,立即進行第二次吸附實驗,條件與第一次相同,再用
同樣的氯化鈉溶液進行第二次解吸實驗,時間仍為10min。
表4-14?13X分子篩解吸試驗的結果
NaCl濃度 /% | NaCl溫度 | ||||||||
15X: | 40t: | 60t: | |||||||
處理次數 | 吸附率/% | 解吸率/% | 處理次數 | 吸附率/% | 解吸率/% | 處理次數 | 吸附率/% | 解吸率/% | |
10 | 第一次 | 95. 38 | 89. 41 | 第一次 | 95. 38 | 89. 77 | 第一次 | 95. 38 | 93. 70 |
第二次 | 93. 99 | 86. 00 | 第二次 | 92. 91 | 88. 00 | 第二次 | 91.40 | 91.32 | |
20 | 第一次 | 95. 38 | 94. 62 | 第一次 | 95. 38 | 95. 73 | 第一次 | 95. 38 | 97.89 |
第二次 | 94. 90 | 89. 87 | 第二次 | %. 90 | 90. 12 | 第二次 | 94. 43 | 96. 00 | |
30 | 第一次 | 95. 38 | 89. 55 | 第一次 | 95. 38 | 89. 11 | 第一次 | 95. 38 | 94. 20 |
第二次 | 94. 33 | 88. 00 | 第二次 | 91.90 | 86. 88 | 第二次 | 92. 98 | 92. 00 |
從表4-14中可見:第一次解吸實驗,苯胺的解吸率均大于90%,解吸后的分 子篩對苯胺的吸附率基本上達90%,說明分子篩的重復利用性較好。實驗結果表 明,氯化鈉洗脫液的濃度及溫度對解吸率有較大的影響,當氯化鈉質量濃度為 20%、溫度為60°C時,洗脫效果最好。