【文章內容簡介】 離子染料吸附能力有所提高，且對酸性及活性染料的吸附能力降低。 堿改性 ，若對粉煤灰進行堿改性，也能增大粉煤灰的比表面積。但當用堿對粉煤灰改性時，在粉煤灰顆粒表面的SiO2也會發(fā)生化學解離而產生可變電荷，可以破壞粉煤灰顆粒表面的堅硬的外殼，能增大其比表面積，并且使玻璃體表面的可溶性物質和堿性氧化物反應生成了膠凝物質，而且使粉煤灰中莫來石及非晶狀玻璃相互熔融，從而提高了活性。在堿性的條件下粉煤灰顆粒表面上的羥基中H+還可以發(fā)生解離，而使顆粒表面部分帶有負電荷，所以廢水中帶有正電荷的金屬離子和陽離子型染料就非常容易被吸附在改性后的粉煤灰顆粒表面。(a)和(b)就比較了改性前后粉煤灰的表面形貌，還可以看出，改性前粉煤灰是表面光滑的球狀，改性后粉煤灰表面變得非常的粗糙，并使其比表面積得以提高。（a）改性前（b）用NaOH改性后 改性前后粉煤灰的掃描電鏡照片[31] Woolard等[31]采用了水熱法以NaOH對粉煤灰進行了改性，其結果發(fā)現改性后的粉煤灰的比表面積增加了8倍，其陽離子交換能力也較原粉煤灰有所提高。吸附實驗表明，改性粉煤灰對陽離子型的染料亞甲基藍的吸附性能明顯高于陰離子型染料alizarin和sulfonate，吸附達到了飽和時，改性粉煤灰對亞甲基藍吸附的量為原始粉煤灰的10倍，且將改性粉煤灰的吸附性能提高歸因于改性對粉煤灰的表面造成的影響。Wang等[34]以氫氧化鈉對粉煤灰進行了改性，且用它來去除溶液中染料分子和重金屬離子，研究發(fā)現原始和經改性的粉煤灰都能很好地去除陽離子型染料亞甲基藍和重金屬離子，但是對羅丹明B的去除效果比較差。氫氧化鈉經改性后的粉煤灰對溶液中鎳離子和銅離子的去除率從30％提高到了90％；將其用于處理廢水中亞甲基藍，結果顯示了與未改性的粉煤灰比，改性粉煤灰對亞甲基藍吸附的能力從610－6mol/g提高到了810－6 mol/g[27]。Li等[24]以固態(tài)的NaOH，采用了熔融法對粉煤灰進行改性，并且用它來吸附水中的結晶紫和亞甲基藍，其結果表明，改性的粉煤灰具有更高的吸附能力，并且對結晶紫吸附的能力高于亞甲基藍。但是并不是全部有研究結果都可以證實對粉煤灰改性可提高它吸附的能力。Hsu等[28]用NaOH對粉煤灰進行改性，其結果發(fā)現了NaOH改性后的粉煤灰雖提高了比表面積，但是并沒有提高其吸附Cu2+的能力。朱洪濤[35]采用添加熟石灰并且升溫活化的方法對粉煤灰進行了改性，研究了改性粉煤灰對活性艷蘭染料吸附脫色的規(guī)律。其結果表明：若當Ca(OH)2與粉煤灰配比為1∶9時，活化溫度為500℃時，改性粉煤灰對活性艷蘭染料具有較好的脫色效果。 鹽改性 Wu等[36]采用了粉煤灰制成沸石，然后對其進行了鹽改性，分別得到Al、Fe、Ca和Mg改性的沸石材料，且用這些改性材料來一并去除水中的磷酸鹽和氨氮，其結果發(fā)現了經鋁鹽改性的沸石具有較好的同時去除磷酸鹽和氨氮的能力。劉發(fā)現等[37]采用了氯化鐵、氯化鉀和氯化鈣分別對NaOH改性后的粉煤灰進行離子的交換，分別得到了鐵、鉀和鈣改性的粉煤灰。將其處理印染廢水，其結果表明，%～％，%～％，之中鈣改性粉煤灰對印染廢水的脫色效果最好，并且沉降速度快，去除COD的效果也優(yōu)于其它的改性粉煤灰，這是一種很好的污水處理劑。曾經等[38]采用了A1(NO3)3溶液對粉煤灰進行了浸泡得到了改性粉煤灰，其結果表明，改性的粉煤灰對銅(Ⅱ)具有較強吸附的性能，pH值是影響吸附主要的因素，特性吸附和靜電吸附是主要吸附形式。 表面活性劑改性 表面活性劑指的是具有固定親水親油的基團，其在溶液的表面能定向的排列，并且能使其表面張力能顯著下降的物質。最近幾年一些研究者采用了表面活性劑對粉煤灰改性進行了研究。十六烷基三甲基溴化銨（HDTMA）是一種陽離子的表面活性劑。胡巧開等[39]采用了HDTMA對粉煤灰進行了改性，其結果表明，使用HDTMA改性的粉煤灰對二甲酚橙吸附的去除率遠遠大于未改性的粉煤灰。Banerjee等[40]采用了HDTMA對粉煤灰進行了改性，接著用改性后的粉煤灰來處理海面上的石油，其結果表明，經過HDTMA的改性后，粉煤灰對海面上漂浮的原油具有非常好的去除能力。他們在另一篇的文獻[41]中報道，分別采用四乙胺、十六烷基三甲基溴化銨、溴化十四烷基芐基二甲基銨對粉煤灰進行了改性，并且以陰離子型染料來考察對改性粉煤灰吸附的性能，其結果表明，通過這些表面活性劑的改性后的粉煤灰的吸附能力均得到了提高。聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDMDAAC）是其中一種水溶性的陽離子高聚物，其在水處理的領域中應用非常廣泛。經研究表明，采用PDMDAAC對粉煤灰進行了改性，其可以提高粉煤灰吸附的能力[4243]。岳欽艷等[42]采用了PDMDAAC對粉煤灰進行表面改性，其結果表明，改性粉煤灰對分散紅紫和活性黃的模擬染料廢水都具有很好的處理效果，其脫色的機理以吸附電中和為主。在一定的范圍內，隨著改性粉煤灰的投量的增加脫色效果增大，而且溶液的pH值和反應時間對脫色的效果影響不大，此改性粉煤灰可以用于印染廢水的處理。Cao等[43]采用了PDMDAAC對粉煤灰進行了改性，其結果表明，改性粉煤灰對有機分子吸附的能力和離子交換的能力都得到了提升，%。 混合改性有時，這幾種改性方法的混合使用能進一步的提高粉煤灰對水中污染物的去除的能力。李尉卿等[44]采用了硫酸、碳酸鈉及碳酸鈉處理后再加入硫酸等改性的方法對粉煤灰進行了改性，用其處理生活廢水、垃圾滲濾液和造紙的廢水的結果表明，用Na2CO3 +H2SO4改性的粉煤灰吸附的性能優(yōu)于其它的改性劑，其主要原因是Na2CO3+H2SO4 改性的粉煤灰既具有了聚合硫酸鋁的絮凝的性質，其在廢水中起到架橋和絮凝作用，又具有沸石吸附的性能，吸附廢水中有機物。陳雪初等[45]將粉煤灰與NaCl在高速混合機中混合均勻后投入焙燒爐中煅燒活化，然后向焙燒后冷卻的物料中添加15％的H2SO4，最后將反應后的物料烘干磨細即可以得到混合改性的粉煤灰粉末。經研究結果表明：與未改性的粉煤灰相比較，采用此工藝改性的粉煤灰除磷性能顯著提高，約為粉煤灰投加量1/20時即可以達到與之相當除磷的效果。于曉彩等[46]采用了HCl和H2SO4對粉煤灰進行了混合改性，制得了粉煤灰吸附混凝劑，研究了改性粉煤灰對含非離子表面活性劑的烷基苯酚聚氧乙烯醚（OP10）廢水處理的規(guī)律，其結果表明，以 n(HCl)∶n(H2SO4)=1∶1的混合液為改性劑改性的粉煤灰對含有OP10廢水具有良好吸附的性能，在含OP10的質量濃度為300～1800 mg/L，改性粉煤灰的質量濃度為200g/L，粉煤灰的粒徑范圍為74～83181。m，pH的值為1～3的實驗條件下，OP10的去除率超過92％。在近幾年，微波和超聲技術已經被用于制備材料，且它們表現出了比傳統(tǒng)方法更高的效率。Wang等[27]將粉煤灰和NaOH的溶液混合，置于超聲波水浴池中，超聲處理在一段時間后過濾洗滌烘干，從而得到NaOH和超聲共同改性的粉煤灰，且將其用來去除水中的亞甲基藍。其結果表明：與未改性的粉煤灰相比，其對亞甲基藍的吸附能力從610－6mol/10－5mol/g。他們還將一定濃度的鹽酸溶液和粉煤灰混合[25]，接著分別置于微波浴池和超聲波中，制得鹽酸和超聲還有鹽酸和微波共同改性的粉煤灰，羅丹明B、晶體蘭和亞甲基藍的吸附實驗表明：未經改性的粉煤灰表現出了較高的吸附能力，而經過改性的粉煤灰吸附的能力得到了進一步提高，微波處理的粉煤灰的吸附性能最好。 粉煤灰合成沸石人工合成的沸石是一種水合鋁硅酸鹽晶體，其具有大的比表面積和均勻的孔徑，被廣泛應用于催化劑、分子篩、氣體吸附劑、離子交換劑[47]，通常采用純化工的原料合成，因為用硅酸鈉、堿和鋁等純化工的原料合成沸石受價格等因素、原料來源的影響，不能滿足沸石應用的需要，并且價格較貴。沸石和粉煤灰在組成上的相似為粉煤灰轉化成沸石提供可能[48]，用粉煤灰合成沸石可以節(jié)約化工原料，且具有造價低廉、來源廣泛的優(yōu)點，別切合成沸石的比表面積比粉煤灰增大了很多，去除水中污染物的性能增強。Hollman等[49]用粉煤灰為原料合成了沸石，其結果表明粉煤灰合成沸石之后，其比表面積發(fā)生了較大增大，而且對其吸附性能的提高有利。Somerset等[50]用粉煤灰和氫氧化鈉為原料采用水熱法合成沸石，且用其處理水中的鉛離子和汞離子。其結果表明：粉煤灰合成的沸石對水中汞離子去除率為95％，其對鉛離子的去除率為30％。Qiu等[51]用氫氧化鈉和粉煤灰為原料制得了一種鈣霞石型的沸石，且用它來去除水中的砷酸鹽。其結果表明：其沸石比硅膠、活性炭等吸附材料具有更高的吸附性能。然后他們還將氧化鋁與該沸石混合，再加入去離子水，經過攪拌、烘干、煅燒后，從而制得了氧化鋁改性的沸石，其結果發(fā)現氧化鋁改性的沸石更具有高吸附性能。Luna等[52]采用了粉煤灰合成了沸石，且并將其用來去除垃圾滲濾液中的氨氮和COD。其結果表明：沸石的吸附作運用結合硫酸鋁的絮凝作用，讓其對垃圾滲濾液中氨氮和COD的去除率分別達到53％和43％。采用了粉煤灰制成的沸石具有極高的離子交換能力，所以可以用來去除廢水中的氨氮，且因為它富含鈣、鐵和鋁，使其可以作為水中磷酸鹽凈化的材料[36]。Zhang等[53]采用了粉煤灰合成沸石，且對其進行了酸改性，用改性后的沸石來同時去除水中的磷酸鹽和氨氮。其結果表明：，能同時去除實際污水中的低濃度磷酸鹽和氨氮，而未經過酸改性的沸石就達不到此效果。 綜上所述，可見粉煤灰的酸改較為容易，酸改后的粉煤灰吸附性能也較好，因此本次實驗用酸改粉煤灰來處理印染廠的印染廢水。2 實驗儀器與試劑 主要實驗儀器（1） 主要的實驗儀器：HZSH恒溫水浴振蕩器、PHS2F型數字pH計、TG382A電光分析天平、1010電熱鼓風干燥箱。（2） 主要實驗器皿：1000mL容量瓶、250mL的錐形瓶、100mL的燒杯、10~59mL的移液管、1000mL的容量瓶、各種目數的篩網等。 主要實驗試劑和藥品（1）主要的實驗試劑和藥品：分散橙、堿性品蘭、鹽酸、硫酸、氫氧化鈉，粉煤灰來東北大學。（2）主要的試劑與藥品簡介：：分散橙是一種重要的雙偶氮型分散染料，可替代分散黃作為三元色之一，不僅大量用于單色，而且具有優(yōu)良的拼色性能，廣泛用于拼混藏青、黃棕、黑等深色，具有良好的均染性和耐升華牢度[55]。 ：是陽離子染料，為一般堿性染料。分子式C33H36Cl2N。 堿性品蘭結構圖 ：鹽酸是氫氯酸的俗稱，是氯化氫（HCl）氣體的水溶液，為無色透明的一元強酸。鹽酸具有極強的揮發(fā)性，因此打開盛有濃鹽酸的容器后能在其上方看到白霧，實際為氯化氫揮發(fā)后與空氣中的水蒸氣結合產生的鹽酸小液滴。鹽酸(Hydrochloric acid)分子式HCl。鹽酸為不同濃度的氯化氫水溶液，呈透明無色或黃色，有刺激性氣味和強腐蝕性。易溶于水、乙醇、乙醚和油等。濃鹽酸為含38%氯化氫的水溶液，熔點112℃℃。%的鹽酸。注意鹽酸絕不能用以與氯酸鉀反應制備氯氣，因為會形成易爆的二氧化氯，也根本不能得到純凈的氯氣[56]。 ：硫酸（化學式:H2SO4),硫的最重要含氧酸。無水硫酸為無色油狀液體，℃時結晶，通常使用的是它的各種不同濃度的水溶液，用塔式法和接觸法制取。前者所得為粗制稀硫酸，質量分數一般在75%左右；%的純濃硫酸，沸點338℃。硫酸是一種最活潑的二元無機強酸，能和許多金屬發(fā)生反應。高濃度的硫酸有強烈吸水性，可用作脫水劑，碳化木材、紙張、棉麻織物及生物皮肉等含碳水化合物的物質。與水混合時，亦會放出大量熱能。其具有強烈的腐蝕性和氧化性，故需謹慎使用。是一種重要的工業(yè)原料，可用于制造肥料、藥物、炸藥、顏料、洗滌劑、蓄電池等，也廣泛應用于凈化石油、金屬冶煉以及染料等工業(yè)中。常用作化學試劑，在有機合成中可用作脫水劑和磺化劑[57]。，化學式為NaOH，俗稱燒堿、火堿、苛性鈉，為一種具有很強腐蝕性的強堿，一般為片狀或顆粒形態(tài)，易溶于水（溶于水時放熱）并形成堿性溶液，另有潮解性，易吸取空氣中的水蒸氣（潮解）和二氧化碳（變質）。NaOH是化學實驗室其中一種必備的化學品，亦為常見的化工品之一。純品是無色透明的晶體。179?！?。沸點1390℃。工業(yè)品含有少量的氯化鈉和碳酸鈉，是白色不透明的晶體。有塊狀，片狀，粒狀和棒狀等。氫氧化鈉在水處理中可作為堿性清洗劑，溶于乙醇和甘油；不溶于丙醇、乙醚。在高溫下對碳鈉也有腐蝕作用。與氯、溴、碘等鹵素發(fā)生歧化反應。與酸類起中和作用而生成鹽和水[58]。3 實驗步驟與方法本實驗分三部分來進行，即對粉煤灰進行改性和對模擬印染廢水的配制以及對廢水的處理，分別通過改變廢水的pH、改性粉煤灰粒度、改性粉煤灰加入量、吸附溫度、吸附時間這些單一變量來討論改性粉煤灰對印染廢水處理的主要影響條件。 粉煤灰的改性(1)使用TG382A電光分析天平稱取濾紙，待數值平穩(wěn)后歸零。然后使用藥勺稱取粉煤灰加于濾紙之上，直到5g為止。(2)將稱量好的粉煤灰加入150mL的錐形瓶中待用。(3)配制摩爾質量分數為1mol/L的H2SO4溶液和1mol/LHCl溶液各30mL待用。(4)將1mol/L的H2SO4溶液和1mol/L的HCl溶液按體積比3︰1混合后，成為酸改性劑，用量筒量取20mL。(5)將20mL的酸改性劑倒入裝有粉煤灰的錐形瓶中并攪拌均勻。(6)攪拌均勻后置于恒溫水浴振蕩器中，溫度調為30℃，振蕩時間調為50min。(7)待恒溫水浴振蕩器工作結束后，將錐形瓶中所得物質過濾。(8)過濾后取濾餅用蒸餾水洗滌至中性。將洗滌后的濾餅放入溫度為105℃的電熱鼓風干燥箱中烘干，得到酸改性粉煤灰。 模擬印染廢水的配制與色度的測定 模擬印染廢水的配制 使用TG382A電光分析天平稱取濾紙，待數值平穩(wěn)后歸零。然后分別使用藥勺稱取分散橙和堿性品蘭染劑各60mg于1000mL的容量瓶中，加水稀釋至刻線。 色度的測定采用稀釋倍數法測定印染廢水色度，具體步驟如下[59]：在比色管中加入50mL光學純水,用刻度吸管往管中滴加廢水至剛好有色，記錄廢水用量。計算稀釋比例,按此