王曉蘭
（衡陽燒堿廠，湖南 衡陽 421001）

　　摘要：用十六烷基胺對粘土進行改性處理制得有機粘土吸附劑，考察該吸附劑對廢水的吸附脫色效果。實驗室研究結果表明：有機粘土在廢水脫色中優于無機粘土，但比活性炭的吸附能力稍差，可以部分代替活性炭。
　　關鍵詞：廢水處理；吸附劑；粘土
　　中圖分類號：X703.5
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1009-2455(2002)05-0021-03

Adsorbing and Decolourizing Property of Organic Clay
for Wastewater from Dyeing Process
WANG Xiao-lan
（Hengyang Alkali Factory, HengyaHg 421001，China）

　　Abstract：Cetylamine was used for modification treatment of clay，with organic clay adsorbent obtained．Results of adsorption and decolorization with the said adsorbent were evaluated．The laboratory test showed that organic clay was better than inorganic clay for the decolorization of wastewater but its adsorPtivity was slightly poorer than that of active carhon and，therefore，it may be used to partially substitute for active carbon．
　　Key words：wastewater treatment；adsorbent；clay

　　活性炭對有機污染物具有很高的吸附能力，常用于去除工業廢水中的有機污染物。但活性炭的缺點也是明顯的，其價格昂貴，成本較高，再生復雜，因此大量應用活性炭處理工業廢水并不十分可取。與活性炭相比，利用粘土礦物來去除工業廢水中的有機污染物，具有價廉物美、吸附能力強、資源豐富及可再生性等優點。以蓖麻油經過水解、皂化。裂解和中和后得到的一種以癸二酸單鈉鹽為主并含有少量有機色素和混酯等組分的黑色堿性溶液作為試驗用水，研究了有機粘土對該廢水的脫色效果。在工業生產中一般是采用活性炭進行吸附脫色，其脫色要求是出水的色度必須小于48倍。（原水的色度為240倍）。實驗研究發現所采用的有機粘土具有很好的脫色效果，可以部分取代活性炭用于廢水的脫色處理。

1 原料及試劑

　　1.1 粘土礦物
　　實驗中選用的無機粘土主要成份為高嶺石、10A0埃洛石、伊利石和鈉長石等礦物，精選以后的粘土的組成如表1所示。

表1 粘土的化學組成　％ 化學成分 含量 化學成分 含量 ω(Al₂O₃) 22.79 ω(Na₂O) 2.18 ω(SiO₂) 70.19 ω(CaO) 0.78 ω(Fe₂O₃) 0.48 ω(MgO) 0.95 ω(TiO₂) 0.014 燒失量 4.84 ω(K₂O) 0.49

　　從表中可以看出，該粘土含有不同數量鈉、鉀、鈣和鎂等金屬離子，它們存在于粘土層間，因此可以通過陽離子交換反應把礦物中原有的無機陽離子交換成有機陽離子，從而改善粘土的層狀結構和表面性質。

　　1.2 試驗藥品
　　十六烷基按鹽，活性炭。

2 分析及測試方法

　　粘土的物相組成采用DMAX-3C X-射線衍射儀測定。
　　原水和出水的色度均采用目視稀釋倍數法測定。
　　比表面積測定：在JB-1型比表面積測定儀上利用N₂吸附法測定樣品的比表面積，采用BET公式計算。

3 試驗方法與原理

　　3.1 有機粘土礦物的制備
　　有機粘土礦物通常是由有機陽離子與粘土礦物中的無機陽離子在水溶液中進行離子交換制得。一般表達式為：
　　bM-Xa+aN←→aN-Xb+bM
　　M－粘土礦物中可交換的無機陽離子；
　　a－無機陽離子的價數；
　　N－有機陽離子；
　　b－有機陽離子的價數；
　　X－粘土礦物中進行離子交換的位置。
　　在本實驗中，將粘土礦物與蒸餾水完全混合制成懸浮液，調節懸浮液的pH值顯酸性，加入一種十六烷基被表面活性劑的水溶液（稍微過量一點），在磁力攪拌器上勻速攪拌8h，然后用蒸餾水洗滌數次后即成了有機粘土礦物。將有機粘土過濾，烘干，然后冷卻至常溫，粉碎過200目篩以備用。將一定量的有機粘土與一定量的助劑進行配料，在1.0MPa左右的壓力下擠成φ1.5mm的柱狀物，然后再在250℃下活化1h，即得到柱狀的有機粘土吸附劑。其物性如表2所示。

表2 粘土物性數據 種類 真密度/(g·cm^-3) 堆積密度/(g·cm^-3) 空隙/％ 粒度/mm 比表面/(m²·g^-1) 有機粘土 2.42 0.45 63.0 1.5 140.7 粘土 2.56 0.51 61.6 1.5 102.3

　　3.2 脫色原理
　　粘土礦物中常見的陽離子有鈉、鉀、鈣、鎂等。它們存在于層間，對粘土礦物的層狀結構和表面性質有很大的影響。當粘土礦物處于干燥狀態時，這些陽離子大多數處于脫水狀態，使礦物表面暴露出來可以吸附中性有機污染物。相反當粘土礦物處于濕潤狀態時，特別是在水溶液中，由于陽離子的強烈水合作用，礦物表面覆蓋有一層水膜并具有強烈的親水性，不能有效吸附中性有機污染物。通過陽離子交換反應，把粘土礦物中原有的無機陽離子交換成有機陽離子，由于有機陽離子的水合作用很微弱，生成的有機粘土礦物具有疏水性，同時又增加了粘土礦物的有機質的含量，因此可以大大增加粘土礦物從水中去除疏水性有機污染物的能力。

4 實驗結果與討論

　　分別以制得的有機粘土和無機粘土作吸附劑對廢水樣品進行脫色處理，考察了不同工藝條件下的脫色效果。實驗結果如圖1～圖4所示。
　　從圖1可以看出，隨著吸附劑用量的增加，廢水的脫色率也隨之增加，并且3種吸附劑的脫色變化趨勢都有相似之處。在實驗研究所采用的吸附劑范圍內，未改性粘土不能滿足廢水的脫色要求。而改性后的有機粘土在用量超過3％以后可以使廢水的脫色率達到85％。考慮到吸附劑用量的增加不但會加大處理設備的投入，而且增加后續再生設備的容量。因此對于有機粘土吸附劑，3％的用量比較適宜。為了便于對比考察，對于其它兩種吸附劑，在實驗中的用量也采用3％。

　　圖2反應了吸附溫度對廢水的脫色影響，在所選擇的實驗溫度范圍內，隨著吸附溫度的升高，脫色率增加。因為溫度升高，有利于相間的傳質。但對于有機粘土而言，可以預測當溫度到達某一范圍時，其吸附能力可能會下降，其原因是溫度高到某一值時，會導致其活性組分的流失。考慮到這些因素，適宜的溫度范圍為70℃左右。

　　圖3表示了吸附時間對脫色率的影響，從圖中可以看出，當吸附時間小于30min時，脫色率隨著吸附時間的增加而顯著增加；而脫色時間超過40min以后，脫色效果提高變慢，考慮到生產周期、能耗和脫色效果，適宜的脫色時間取40min。

　　在實驗過程中，利用稀鹽酸來調節廢水的pH值，考察了廢水叫值對脫色效果的影響，其結果如圖4所示。從圖4可以看出，pH值對粘土吸附脫色的變化規律與活性炭不一樣，對活性炭而言，曲線有一個最高點，也就是說有一個最佳的pH值范圍（5～6）；對有機粘土而言，隨著pH值的增加其脫色效果降低。在pH值為3～4時，其脫色率就能滿足要求。

　　通過對工藝條件的篩選，認為有機粘土用于染色廢水的脫色有一個適宜的工藝條件，在此條件下，對吸附劑進行4次重復脫色實驗，發現有機粘土的平均脫色率達到83％，誤差為±1％。

5 結論

　　從以上分析討論中，對有機粘土吸附劑可以得出以下結論：
　　①經過表面活性劑改性后的有機粘土同一般粘土相比，對癸二酸單鈉溶液具有良好的脫色效果，但其脫色效果比活性炭稍差，但考慮到其成本低，來源廣泛等特點，它將與其它吸附劑一樣，在工業廢水處理領域中有著廣泛的應用前景^[1-2]。
　　②通過對工藝條件的探討，對有機粘土而言，適宜的吸附脫色條件是：吸附劑用量3％，溫度70℃左右，吸附時間40min，廢水的pH值為3～4。

參考文獻：
[1]鮑世聰，孫家濤，劉羽，等．交聯粘土礦物的吸附特性研究（Ⅲ）[J]．武漢化工學院學報，1997，19(3)：27～30．
[2]Fogler H S，Arbor A．Srinivasan K R，et al．Modified Sorbents[P]．US：patents 4740488，1988-04-26．

作者簡介：王曉蘭（1969～），女，湖南衡陽人，工程師，工學學士，主要從事水處理和給水排水的設計和施工。