董麗麗
（河北邢臺師范高等專科學(xué)校化學(xué)系，河北 邢臺 054054）

　　摘　要：利用新生態(tài)MnO₂對陽離子染料廢水的處理研究。考察了pH值、反應(yīng)時(shí)間、新生MnO2投加量、染料濃度等因素對處理效果的影響，同時(shí)還運(yùn)用熱分析、碳、氫、氮元素分析技術(shù)對脫色機(jī)理進(jìn)行了探討。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新生MnO₂處理含有陽離子染料的廢水，最高脫色率可達(dá)99％，COD_Cr去除率也高達(dá)95％。新生MnO₂是通過界面吸附機(jī)理對染料廢水進(jìn)行處理的，并具有操作簡便、快速的特點(diǎn)。
　　關(guān)鍵詞：新生態(tài)二氧化錳；染料廢水；廢水處理；吸附；脫色
　　中圖分類號：X791
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
　　文章編號：1009－2455（2002）02－0028－03

Study on the CatiOnic Dye Wadswater Treatment Using Newly Created MnO₂ Adsorption
DONG Li-li
(Department of Chemistry, Xingtai Teachers College, Xingtai 054054, China)

　　Abstract: The wastewater from cationic dye production was treated with newly formed MnO2. Factors that in-fluenced the treatment such as pH value, reaction time, MnO₂ dosage and dye concentration were studied. Ther mogravimetry (TG), Differential Scanning Calorimeter (DSC) and CHN elementare analysis were used to explore the mechanism of the decolorizing. The results show that the maximum color removal reached 99%, and COD_Cr removal reached 95%. Pollutans are removed through interface adsorption. The process also has easy operation and rapid reaction advantages.
　　Key words: newly created MnO₂; dye wastewater; wastewater treatment; adsorption; decolorizing

　　有關(guān)陽離子染料廢水的脫色研究，國內(nèi)外已試用多種方法，包括離子交換法、臭氧氧化法、生物化學(xué)法、化學(xué)混凝法和吸附法^[1-2]。考慮處理過程的成本費(fèi)用和處理效果，以吸附法具有廣闊的應(yīng)用前景，尤其是人工合成高性能吸附劑受到越來越多的關(guān)注。本實(shí)驗(yàn)首次采用化學(xué)法合成的新生態(tài)MnO₂對陽離子染料廢水進(jìn)行處理，取得了很好的效果。證明新生態(tài)MnO₂是一種適于處理陽離子染料廢水、制備方法簡便、成本低廉的新型脫色劑。該處理法的主要機(jī)理是吸附作用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 新生MnO₂的制備與表征
　　在錐形瓶中將0.070mol／L MnSO₄溶液與0.050mol／LKMnO₄溶液等體積混合，搖勻，靜置10min，即得用作吸附劑的新生MnO₂。經(jīng)X-射線衍射儀、透射電子顯微鏡、比表面分析儀測定該MnO₂為δ型結(jié)構(gòu)，其顆粒為準(zhǔn)球形，平均粒徑約250nm，比表面積達(dá)94.22m²／g。
1.2 試驗(yàn)用水水質(zhì)
　　堿性品紅示性式C₂0H₂0N ₃·Cl，80℃烘干后用去離子水配制成1000mg／L作為試驗(yàn)用水。水質(zhì)參數(shù)：吸光度75.5，COD_Cr值1900mg／L。
1.3 脫色實(shí)驗(yàn)
　　在一組錐形瓶中，制備一定量新生MnO₂懸浮液，預(yù)先加人適量蒸餾水，對含堿性品紅的模擬廢水進(jìn)行脫色實(shí)驗(yàn)。將處理液分別進(jìn)行吸光度（λ=543.3nm）及COD_Cr測定。根據(jù)處理前后吸光度和COD_Cr的變化，計(jì)算色度和COD_Cr去除率。

2 結(jié)果與討論

2.1 染料廢水處理的影響因素
2.1.1 pH值的影響
　　在溫度15℃，MnO₂投加量0.3g／L時(shí)，將濃度為200mg/L的染料廢水的pH值調(diào)節(jié)在0.5－6.0范圍內(nèi)，振蕩30min后進(jìn)行測定，結(jié)果如圖1所示。圖1表明,pHH值對染料的脫色效果有顯著的影響。隨pH值的降低，脫色率升高，且當(dāng)pH＜1.5時(shí)，MnO₂一直保持很好的脫色效果，最高脫色率達(dá)99％。而當(dāng)pH＞1.5時(shí)，脫色率隨pH值升高幾乎呈直線下降。所以要獲得好的處理效果，選擇pH＝1.5較為有利。

2.1.2 反應(yīng)時(shí)間的影響
　　以200mg/L的染料廢水為例，在溫度和MnO₂投加量與上述相同，pH＝1.5的條件下，反應(yīng)時(shí)間與 脫色率的關(guān)系見圖 2。圖2表明，0－20min內(nèi)脫色 率變化極快，97％的色度被去除，此后反應(yīng)稍緩。超 過30min后，變化更加平緩，證明反應(yīng)已達(dá)平衡。可見，新生MnO₂枷對陽離子染料廢水處理的反應(yīng)速率較快。為保證脫色完全，最佳反應(yīng)時(shí)間以30min為宜。

2.1.3 Mno2投加量的影響
　　對于初始濃度為200mg／L的染料廢水在15℃，pH=1.5，反應(yīng)時(shí)間30min時(shí)，考察了新生MnO₂的投加量對染料脫色效果的影響，結(jié)果見圖3。從圖3可以看出，MnO₂的投加量對廢水處理有一定的影響。MnO₂的用量越多，脫色率越高。當(dāng)投加量大于0.3g/L后，脫色效果已無明顯的提高。因此從處理效果和經(jīng)濟(jì)費(fèi)用角度考慮，MnO₂的投加量取0.3g／L為宜。

2.1.4 染料初始濃度的影響
　　利用新生MnO₂在15℃，MnO₂的投加量0.3g／L，PH＝1.5，反應(yīng)時(shí)間30min的處理?xiàng)l件下，研究了不同濃度的堿性品紅溶液在新生態(tài)MnO₂界面的去除作用，結(jié)果見圖4。由圖4可見，隨著染料起始濃度由100mg/L增加到300mg/L，吸光度值由0.078加大到0.746，相應(yīng)的脫色率僅由99％降為97％。說明新生MnO₂具有高的吸附性能，對高濃度的染料廢水同樣適用；而COD_Cr去除率的變化卻受染料起始濃度的影響較大，當(dāng)染料濃度由100mg／L增加到300mg／L時(shí)，COD_Cr值由10mg／L迅速增加到289mg／L，COD_Cr去除率也由95％銳降為49％。脫色率與COD_Cr去除率的差異表明，兩者雖有相關(guān)性，但各自所受的影響因素以及影響的程度又不盡相同。

2.2 新生MnO₂處理陽離子染料廢水機(jī)理探討
　　圖5是新生MnO₂及處理染料廢水后的MnO₂的熱分析譜圖。從圖5中可見，新生MnO₂除了110℃脫除吸附水的吸熱峰之外，幾乎沒有其它的吸熱和放熱峰（圖5c），并且失重也較平緩，失重率為8.46％（圖5a）。一般認(rèn)為MnO₂在200－600℃范圍內(nèi)主要是緩慢地脫除表面羥基，結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變。而處理后的MnO2除了110℃左右的脫水峰之外，在290℃和450℃出現(xiàn)兩個(gè)很大的放熱峰（圖5d），并且失重率明顯增加，達(dá)34.36％（圖5b）。這是由于在脫色反應(yīng)中MnO₂吸附了廢水中的堿性品紅，高溫時(shí)染料燃燒分解放熱所致。放熱峰很強(qiáng)，失重率較大，表明MnO₂上吸附了大量的染料分子。

　　另外，為進(jìn)一步證實(shí)脫色機(jī)理，又將新生MnO₂和處理染料后的MnO₂固體作了碳、氫、氮元素分析，結(jié)果列于表1。

表1 碳、氫、氮元素分析測定結(jié)果 樣品 百分含量/% H C N 新生MnO₂ 1.0 0.3 0.2 處理后MnO₂ 2.8 28.9 3.9

　　表1的數(shù)據(jù)說明作為一個(gè)無機(jī)物，MnO₂（已真空干燥）中C、N含量僅為0.3％和0.2％，接近于零（在誤差范圍內(nèi)）。而H元素的為1.0％，這是因?yàn)樾律鶰nO₂表面羥基化。處理染料后的MnO₂中C、N含量分別提高到28.9％和3.9％,H元素也有所增加，達(dá)到2.8％。它們的大量增加只能來自于堿性品紅染料。該實(shí)驗(yàn)從本質(zhì)上說明了處理后的MnO₂上吸附了大量的染料分子，是對其吸附機(jī)理的有力證明。

3 結(jié)論

　　3.1 實(shí)驗(yàn)中制備的吸附劑為δ－MnO₂；其顆粒為準(zhǔn)球形；平均粒徑約250nm；BET比表面積為94.22m²／g。
　　3.2 新生MnO₂對陽離子染料廢水具有較好的去除效果和高的吸附性能。脫色率、COD_Cr去除率分別達(dá)99％及95％。處理過程中，pH值對脫色效果影響顯著，較低pH值有利于脫色。為保證好的處理效果，選擇pH=1.5，MnO₂投加量0.3g／L，反應(yīng)時(shí)間30min為宜。
　　3.3 通過對樣品的熱分析、碳、氫、氮元素分析的測定表明，新生態(tài)MnO₂脫色作用是基于吸附機(jī)理。

參考文獻(xiàn)：

　　[1]陳潤銘，等.陽離子染料廢水的脫色方法及其機(jī)理的研究［J］. 環(huán)境化學(xué)，1994，（2）：163－168.
　　[2] khatti S D，et al.Colour removal from dye wastewater using sugar cane as an adsorbent[J].Absorption Sci Tech，1999，（4）：269－282.

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　　作者簡介：董麗麗（1973－），女，河北寧晉人，碩士研究生，1995年畢業(yè)于中山大學(xué)。