【導(dǎo)讀】目前，粉煤灰吸附處理染料廢水的研究已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。料廢水既能降低色度又能去除COD。本實(shí)驗(yàn)采用高溫活化改性粉煤灰吸附處理堿性品。實(shí)驗(yàn)研究了改性粉煤灰的投加量、攪拌速度、反應(yīng)時(shí)間、溫度對(duì)吸附效。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最佳活化溫度為350℃,粉煤灰的最佳投加量為800mg；最佳攪。拌速度值為250r/min；吸附反映的平衡時(shí)間約為30min,堿性品紅的去除率達(dá)到98%；升溫有利于吸附。粉煤灰對(duì)水中堿性品紅的吸附規(guī)律可用Langmuir吸附等溫式較好。吸附動(dòng)力學(xué)能用Bangham和Langmuir模式擬合，且吸附速度由內(nèi)擴(kuò)散過程。粉煤灰的改性與應(yīng)用---------------------------------------------------------------------------5. 本課題主要研究目的、研究內(nèi)容和研究意義-------------------------------------------7. 研究目的及意義---------------------------------------------------------------------------7. 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器----------------------------------------------------------------------------------9. 最佳波長的確定及標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制-------------------------------------------------9

　　

【正文】 1，反應(yīng)溫度影響 見圖 310。 表 311 反應(yīng)溫度 處理 效果的影響 Table 311 response to deal with the effects of temperature 溫度（ ℃ ） 校正 吸光度 脫色率 （ %） 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 25 35 45 55 65 圖 310 反應(yīng)溫度 對(duì)吸附效果的影響 Figure 310 reaction temperature on the effect of adsorption 由圖 310 可 得知改性粉煤灰的最佳反應(yīng)溫度為 55℃。 正交試驗(yàn) 為了確定實(shí)驗(yàn)因素之間的關(guān)系 ,制定了以下正交實(shí)驗(yàn)表 表 312 L9_3_4 正交實(shí)驗(yàn)表 Table 312 L9_3_4 orthogonal test table L9_3_4 1 2 3 溫度 (℃ )A 35 45 55 反應(yīng)時(shí)間 (min)B 15 30 45 攪拌速度 (r/min)C 150 200 250 投加量 (mg)D 600 800 1000 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 實(shí)驗(yàn) A B C D 校正吸光度 1 1 1 1 1 2 1 2 2 2 3 1 3 3 3 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 4 2 1 2 3 5 2 2 3 1 6 2 3 1 2 7 3 1 3 2 8 3 2 1 3 9 3 3 2 1 均值 1 均值 2 均值 3 極差 正 交實(shí)驗(yàn)的直觀分析計(jì)算 : ⑴ 數(shù)據(jù)計(jì)算可在實(shí)驗(yàn)計(jì)劃表上進(jìn)行 ,計(jì)算項(xiàng)目有 : ① y ―― n 次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值 ,計(jì)算式為 : ② ―― 表示第 j列因素 (j=1,2,3,4),第 i 水平 (i=1,2,3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果之和。 例如 表示第二列因素第一水平結(jié)果之和。 ③ ―― 表示第 j列因素第 i水平的效應(yīng)，表達(dá)式為： ④ 表示第 j列因素的最大效應(yīng)與最小效應(yīng)之差，有叫做極差，其表達(dá)式： =（ ） max―（ ） min 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 ⑵ 因素主次分析 從直觀分析計(jì)算表中極差 的大小 可以判斷因素對(duì)指標(biāo)影響的主次， 越大 ，表示第 j號(hào)因素對(duì)指標(biāo)的影響越小。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果為RA=,RB=,RC=,RD= ,故因素的主次關(guān)系為 :A、 B、 D、 C,即溫度是影響改性灰處理效果的關(guān)鍵因素，反應(yīng)時(shí)間和投加量是次要因素。 ⑶ 最佳條件的選擇 根據(jù)各因素的最好水平，可得到一個(gè)最佳的處理?xiàng)l件為 A1B3C3D3，即 35℃條件下攪拌速度為 250r/min,投加量為 1g/L，反應(yīng) 45min。 吸附熱力學(xué) 吸附等溫線的測定 取 V=100mL，濃度分別為 10 mg/L、 20 mg/L、 40mg/L、 60 mg/L、 80 mg/L、 100 mg/L的 堿性品紅 溶液，改性粉煤灰投加量為 800mg，分別在 35℃ 下振蕩 1h。 過濾后 測其吸光度。數(shù)據(jù)見下表 313，等溫線見圖 311。 表 313 Table 313 C（ mg/L） 吸 光度 Ce（ mg/L） qe 10 20 40 60 80 100 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 圖 311 等溫吸附的一般形式 Figure 311 General form of Adsorption isotherm 圖 311 所示的吸附等溫線形狀，按照 Giles 等人對(duì)溶液吸附等溫線的分類 屬于S型 ， 可用 Langmuir 模式擬合 等溫線吸附規(guī)律的數(shù)學(xué)模擬 描述吸附等溫線規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為吸附等溫式，常用的有 Freundlich 吸附等溫式、 Langmuir 吸附等溫式和 吸附等溫式。本文僅用 Langmuir 吸附等溫式進(jìn)行擬合。 Langmuir等溫吸附模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： eee bcbcqq ??1 0 （ 31） 式（ 33）可轉(zhuǎn)化為下面的線性形式： 001 qcbqqc eee ?? （ 32） 根據(jù)吸附平衡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，按式（ 32）作圖得一條直線，其斜率和截距求出 q0 和b 的值。 q0 值可用來比較同一吸附劑對(duì)不同吸附質(zhì)的吸附能力相對(duì)大小， q0 大者，吸附能力強(qiáng)； b 為吸附常數(shù)，其值與吸附能有關(guān)。按照表 311 中的數(shù)據(jù)作圖 ,如下 : 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 圖 312 Langmuir 吸附等溫線 Fig 312 Langmuir model at different temperature 并用 Langmuir 吸附等溫式進(jìn)行擬合， lgCe/qe=+ 從擬合結(jié)果可以看出：改性粉煤灰對(duì)水中 堿性品紅 的吸附規(guī)律可較好地用Langmuir 吸附等溫式描述。 吸附動(dòng)力學(xué) 吸附速率常數(shù)的求取 )(15 2 qqRDdtdq i ?? （ 35） 式中： D——顆粒內(nèi)有效擴(kuò)散系數(shù)；吸附速率常數(shù)的求取可以用多種吸附動(dòng)力學(xué)模式求得，本文僅用 Bangham模式和 Langmuir 模式進(jìn)行擬合。 Bangham動(dòng)力學(xué)模式為： mtqdtdq? （ 36） 式中： q——吸附量， mg/g； K——表觀速率常數(shù)； 1/m——吸附速率常數(shù) 將式（ 3—6）積分得： mktq 1? （ 37） 兩邊取對(duì)數(shù)得： tmkq lg1lglg ?? (38) 按照式 (38)對(duì)表 (39)中相對(duì)應(yīng)的吸附速率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，以 lgq江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 26 對(duì) lgt 作圖得一直線，擬合結(jié)果見圖 313 所示，求得直線方程及對(duì)應(yīng)的 相關(guān)系數(shù)為： lgq=+ R=，這就表明 改性灰 對(duì)水中 堿性品紅 的吸附動(dòng)力學(xué)模式可用 Bangham模式較好地?cái)M合。 圖 313 Bangham 吸附動(dòng)力學(xué)擬合結(jié)果 Fig． 313 the fitted result for adsorption dynamics by Bangham model Langmuir 動(dòng)力學(xué)模式為： )( qqkdtdq e ?? (39) 式中： k——吸附速率常數(shù)； qe——平衡吸附量， mg/g； q——吸附量 ,mg/g 對(duì)式 (39)進(jìn)行積分得： ktqqqe e ??ln (310) 同樣將表（ 39）對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，以qqqe e?ln對(duì) t 作圖得一直線，擬合 結(jié) 果 見 圖 313 所 示 ， 求 得 圖 中 直 線 方 程 及 對(duì) 應(yīng) 的 相 關(guān) 系 數(shù) 為 ：qqqe e?ln=+ R=，這表明改性粉煤灰對(duì)水中 堿性品紅 的吸附動(dòng)力學(xué)模式也可較好地用 Langmuir 模式擬合。 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 27 圖 314 Lanqmuir 吸附動(dòng)力學(xué)模式擬合結(jié)果 Fig． 314 the fitted result for the adsorption dynamics by Lanqmuir model 吸附速度控制步驟研究 吸附過程基本上可分為三個(gè)連續(xù)的階段：第一階段為吸附質(zhì)擴(kuò)散通過水膜而到達(dá)吸附劑表面（膜擴(kuò)散）；第二階段為吸附質(zhì)在孔隙內(nèi)擴(kuò)散；第三階段為溶質(zhì)在吸附劑內(nèi)表面上發(fā)生吸附。通常吸附階段反應(yīng)速度非?？欤偟倪^程速度由第一、二階段速度所控制。本文中用內(nèi)擴(kuò)散模式進(jìn)行擬合。 內(nèi)擴(kuò)散模式為： R——吸附顆粒半徑 ,m； qi——與吸附劑顆粒表面上的 吸附質(zhì)濃度相平衡的吸附量（ qi 一般不宜測定，所以用 qe 代替） ,mg/g； q——吸附量 ,mg/g 可近似認(rèn)為粉煤灰的顆粒半徑大致相等，為一常數(shù)，又因?yàn)?D 也是常數(shù)，所以令 215RD=k 則， )( qqkdtdq e ?? （ 311） 將式（ 3—5） mtqdtdq? 代入式 3—11 得： )( qqkmtq e ?? （ 312） 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 28 以dtdq（mtq）對(duì) )( qqe? 作圖得一直線，擬合結(jié)果見圖 317，求得圖中直線方程及對(duì)應(yīng)的相關(guān)系數(shù)為：dtdq= )( qqe? R=，可見改性粉煤灰對(duì)水中 堿性品紅 的吸附速度控制步驟為內(nèi)擴(kuò)散過程。 圖 315 內(nèi)擴(kuò)散模式擬合結(jié)果 Fig． 315 the fitted result of the adsorption dynamics by inner dispersion model 結(jié)論 ⑴ 由于堿性品紅溶解度低的關(guān)系，本實(shí)驗(yàn)配制的溶液的最大濃度為 100mg/L。此外 ， 由于堿性品紅與堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)褪色明顯，故不將 pH 作為優(yōu)化因素考慮。 ⑵ 粉煤灰處理堿性品紅溶液，脫色率高。由正交試驗(yàn)得出：在進(jìn)水濃度為 100mg/L的堿性品紅溶液中， 粉煤灰吸附處理堿性品紅的最佳投加量為 1g/L；攪拌速度為250r/min。反應(yīng)時(shí)間為 45min。升高溫度可以提高脫色率。 ⑶ 粉煤灰的最佳活化溫度為 350℃，此溫度處理過的粉煤灰對(duì)堿性品紅的脫色效果最好。 ⑷ 由正交實(shí)驗(yàn)得出：溫度是影響 粉煤灰處理效果的關(guān)鍵因素，反應(yīng)時(shí)間和投加量是次要因素。 ⑸ 實(shí)驗(yàn)證明，粉煤灰吸附堿性品紅染料溶液的熱力學(xué)可用 Langmuir 模式擬合，動(dòng)力學(xué)可用 Bangham 和 Langmuir 模式進(jìn)行擬合。 ⑹ 高溫活化后的粉煤灰與未經(jīng)處理的粉煤灰對(duì)堿性品紅的脫色效果都很好 ,之間江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 29 區(qū)別不大。 參考文獻(xiàn) [1]王德舉 .利用粉煤灰合成沸石的研究進(jìn)展 [J]．粉煤灰綜合利用 , 20xx, 11(3)1113. [2]袁春林．我國火電廠粉煤灰的化學(xué)成分特征 [J]．電力環(huán)境保護(hù)， 1998， 14(1) 914. [3] Veeresh S， Tnpathy D， Chaudhuri B， eta1． Competitive dsorption behavior of selected heavy metals in three soil types of India amended with fly ash and sewage sludge[J]． Environmental Geology，20xx， 44： 363370. 致謝 本文是在 張志生 老師的悉心指導(dǎo)幫助下完成的，在此向 張 老師表示衷心的感謝！ 另外化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的葉 琳 老師對(duì)本課題的實(shí)驗(yàn)提供了大力的協(xié)助，在此表示誠摯的謝意！ 感謝 204 實(shí)驗(yàn)室的所有成員，以及所有幫助過我的同學(xué)和老師！