一種染料選擇性吸附劑的制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開(kāi)一種染料選擇性吸附劑的制備方法及其在污水處理和染料分離技術(shù) 中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 2013年我國(guó)染料的產(chǎn)量為89. 5萬(wàn)噸，占世界總產(chǎn)量60%，屬當(dāng)之無(wú)愧的染料大國(guó)， 然而在染料生產(chǎn)和使用過(guò)程中，大約有10-20%排入水中，造成對(duì)水資源的污染，染料廢水 已成為環(huán)境重點(diǎn)污染源之一。染料廢水含有大量復(fù)雜的有機(jī)物和鹽份，具有C0DCr(化學(xué)耗 氧量）高、色澤深、酸堿性強(qiáng)等特點(diǎn)，給廢水處理帶來(lái)很大的困難。目前，常用的處理方法有 物理法、化學(xué)法和生物法，化學(xué)法的工藝條件高，易產(chǎn)生二次污染；生物法脫色真菌的效率 不高，且脫色范圍單一；物理法包括膜分離和吸附法，膜分離昂貴，吸附法具有廢物利用、操 作工藝簡(jiǎn)單，但吸附再生性差，吸附量小。在物理的吸附法中最常用的是活性炭、活化煤、石 墨和天然蒙脫土等多孔或活化的材料，但此類材料較難溶于水，吸附過(guò)程中溶于漂浮在水 面，與染料接觸減少，導(dǎo)致去色率低。因此，廉價(jià)易得的、高效的去除水中染料的吸附劑的研 究受到人們廣泛的關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明解決的是針對(duì)陽(yáng)離子染料廢水處理的問(wèn)題，提供一種陽(yáng)離子染料吸附劑的 制備方法和染料分離技術(shù)的應(yīng)用。
[0004] 本發(fā)明的一種陽(yáng)離子染料吸附劑為非晶的三氧化鎢薄片或顆粒，其制備方案如下 所示： (1) 將三氧化鎢（99.9%)放入承載的加熱器皿中作為蒸發(fā)源，然后加蓋沉積罩； (2) 開(kāi)啟抽真空系統(tǒng)進(jìn)行抽真空，待真空度達(dá)到1.0X10 2-3X10 3 Pa; (3) 開(kāi)啟蒸發(fā)源加熱系統(tǒng)，對(duì)蒸發(fā)源進(jìn)行加熱，加熱溫度為500-1000 °C; (4) 蒸發(fā)過(guò)程完畢后，將沉積罩取出，向其中加入助分離劑（去離子水等液體）后放入 超聲波振蕩器中分離出非晶三氧化鎢； (5) 干燥后得到非晶三氧化鎢吸附劑。
[0005] 本發(fā)明的吸附劑對(duì)陽(yáng)離子染料都有良好的吸附效果，具體表現(xiàn)為對(duì)羅丹明、亞甲 基藍(lán)、甲基紫、堿性品紅等陽(yáng)離子的吸附，去色率可達(dá)50-80%，且到達(dá)吸附飽和后形成顆粒 聚沉容易過(guò)濾分離。
[0006] 本發(fā)明的吸附劑的選擇性吸附特性可以用與染料分離技術(shù)，將能夠吸附的陽(yáng)離子 染料和不能吸附的陰離子染料進(jìn)行粗分離。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1材料制備裝置示意圖，沉積罩內(nèi)W03粉末在高溫下加熱升華，氣相原料在上半 空間的沉積罩進(jìn)行遇冷過(guò)飽和沉降，形成由微納尺寸的薄片或者顆粒組成的非晶氧化鎢薄 膜。
[0008] 圖2材料形貌和結(jié)構(gòu)表征示意圖，圖（a)中掃描電子顯微鏡圖顯示為薄片結(jié)構(gòu)， 圖（b)、（c)、（d)、（e)分別為X-ray衍射譜、透射電子顯微鏡圖和選區(qū)電子衍射圖，表明薄 片的晶體結(jié)構(gòu)為非晶態(tài)的三氧化鎢。
[0009] 圖3為吸附劑（3. 5 mg)對(duì)30ml濃度為25mg/L亞甲基藍(lán)染料溶液進(jìn)行吸附測(cè)試： (a)為吸附前后的吸收光譜，吸附后溶液的顏色明顯地變淺，吸收譜中的峰值大幅度減弱， 溶液中有藍(lán)色沉淀物析出；(b)為吸附劑的吸附量與亞甲基藍(lán)溶液濃度的關(guān)系：隨著濃度 的增加，吸附量基本呈線性增力卩。圖（b)的插圖標(biāo)出溶液出現(xiàn)沉淀物時(shí)的臨界濃度為20mg/ L〇
[0010] 圖4測(cè)試七種典型染料的吸附效果統(tǒng)計(jì)圖，圖中可以看出制備的吸附劑對(duì)羅丹明 B、亞甲基藍(lán)、甲基紫、堿性品紅等陽(yáng)離子有良好的吸附作用，去色率為30-70%，對(duì)甲基橙、鉻 黑T、酸性鉻蘭K等陰離子染料表現(xiàn)為微量或不吸附。
[0011] 圖5選擇性吸附劑應(yīng)用于染料分離的實(shí)施例，從顏色和吸收光譜中顯示該吸附劑 能有效分離亞甲基藍(lán)和甲基橙兩種不同帶電基團(tuán)的染料。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖和優(yōu)選的實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明制備出吸附劑具有的特點(diǎn)和具體實(shí)施 過(guò)程做進(jìn)一步闡述，其目的在于更好的說(shuō)明本
【發(fā)明內(nèi)容】
，而非限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0013] 實(shí)施例1 :吸附劑吸附飽和后以沉淀物形式析出 首先，稱量1.0 g wo3粉末放入加熱的舟內(nèi)，均勻鋪開(kāi)，然后抽真空，當(dāng)真空度到達(dá) 4.0X103 Pa時(shí)，開(kāi)始升溫。在700°C下保溫30 min后降溫，將沉積罩放入去離子水中進(jìn)行 超聲，震下的粉末烘干后即為吸附劑。
[0014] 其次，分別配置不同濃度的亞甲基藍(lán)染料溶液30 ml各兩組，在其中一組的所有溶 液中放入稱量好的3. 5 mg的吸附劑粉末，另外一組作為對(duì)比，靜置一段時(shí)間后（3小時(shí)）分 別進(jìn)行吸收光譜測(cè)試，同樣吸附量定義為單位質(zhì)量的吸附劑吸附的染料質(zhì)量，寫成公式為：
，如圖3所示，（a)為加入吸附與未加入的吸收光譜對(duì)比，吸附后溶液的 顏色明顯地變淺，吸收光譜中的峰值大幅度減弱，且沉淀物析出，易于吸附劑從染料溶液中 分離；(b)為吸附劑的吸附量與亞甲基藍(lán)的濃度的關(guān)系，圖中曲線表明隨著濃度的增加，吸 附量基本呈線性增加，吸附劑的吸附量最高達(dá)到600 mg/g。圖（b)的插圖給出的是溶液出 現(xiàn)沉淀物的臨界濃度在20mg/L處：低于20 mg/L吸附完成后，無(wú)沉淀物析出，高于20 mg/ L，開(kāi)始出現(xiàn)沉淀物析出。
[0015] 實(shí)施例2 :吸附劑的選擇性吸附特性 首先，稱量1.0 g wo3粉末放入加熱的舟內(nèi)，均勻鋪開(kāi)，然后抽真空，當(dāng)真空度到達(dá) 1.0X103 Pa時(shí)，開(kāi)始升溫。在600°C下保溫20 min后降溫，將沉積罩放入去離子水中進(jìn)行 超聲，震下的粉末烘干后即為吸附劑。
[0016] 其次，配置一定濃度(如25 mg/L或30 mg/L)的亞甲基藍(lán)、甲基紫、堿性品紅四種 代表性陽(yáng)離子染料溶液和甲基橙、鉻黑T、酸性鉻蘭K三種代表性陰離子染料溶液30 ml各 兩組，在在其中一組的所有溶液中均放入稱量好的5. 3 mg的吸附劑粉末，另一組溶液作為 對(duì)照組，靜置一段時(shí)間（2小時(shí)）后分別測(cè)量溶液的吸收光譜。圖4為測(cè)試七種典型染料的 吸附前后濃度變化統(tǒng)計(jì)圖，圖中可以看出制備的吸附劑對(duì)羅丹明B、亞甲基藍(lán)、甲基紫、堿性 品紅等陽(yáng)離子具有明顯的吸附作用，去色率為30-70% (去色率定義為吸附前后吸收染料溶 液吸收光譜最強(qiáng)峰強(qiáng)度的變化百分比)。吸附劑對(duì)甲基橙、鉻黑T、酸性鉻蘭K等陰離子染料 則表現(xiàn)為微量或完全不吸附。
[0017] 實(shí)施例3 :吸附劑應(yīng)用于染料分離 首先，稱量2.0 g W03粉末放入加熱的舟內(nèi)，均勻鋪開(kāi)，然后抽真空，當(dāng)真空度到達(dá) 1. 0X10 2 Pa時(shí)，開(kāi)始升溫。在800°C下保溫30 min，后降溫，將玻璃基片放入去離子水中 進(jìn)行超聲，震下的粉末烘干后即為吸附劑。
[0018] 其次，配置25 mg/L的亞甲基藍(lán)和甲基橙溶液各15 ml，然后按照1:1溶液進(jìn)行混 合得到深綠色的混合溶液，測(cè)試其吸收光譜，光譜中含有亞甲基藍(lán)和甲基橙的特征峰，然后 添加4. 5 mg的非晶氧化鎢粉末吸附劑，靜置一段時(shí)間，溶液的顏色變?yōu)樽厣?，其吸收光譜 中只存在甲基橙的吸收峰和吸附劑氧化鎢材料的吸收邊，而亞甲基藍(lán)的吸收峰幾乎完全消 失，說(shuō)明溶液中的亞甲基藍(lán)分子已完全被吸附到吸附劑的表面，溶液中只存在著甲基橙染 料分子。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種染料選擇性吸附劑的制備方法，其特征在于以高純wo3粉末為原材料，采用傳統(tǒng) 的熱蒸發(fā)工藝在真空度為1. ο X 10 2-3 X 10 3 Pa，溫度為500-1000°C的條件下蒸鍍，在基片 或鐘罩上沉積形成納微尺寸的非晶W03薄片或顆粒，其工藝步驟如下： (1) 將wo3放入承載的加熱器皿中作為蒸發(fā)源，然后加蓋沉積罩； (2) 開(kāi)啟抽真空系統(tǒng)進(jìn)行抽真空，待真空度達(dá)到； (3) 開(kāi)啟蒸發(fā)源加熱系統(tǒng)，對(duì)蒸發(fā)源進(jìn)行加熱，加熱溫度為500-100(TC ; (4) 蒸發(fā)過(guò)程完畢后，將沉積罩取出，向其中加入助分離劑(去離子水等液體）后放入 超聲波振蕩器中分尚出非晶wo3; (5) 干燥后得到非晶W03吸附劑。2. 根據(jù)權(quán)利1所述的制備方法其特征在于蒸鍍的條件為真空度為1. 0X 10 2-3X 10 3 Pa，蒸發(fā)溫度為500-1000°C。3. 根據(jù)權(quán)利1所述的制備方法其特征在于選取的襯底具有大面積多角度等特點(diǎn)。4. 根據(jù)權(quán)利1所述的制備方法其特征在于制備是W03，其粒徑大小為微納尺寸，形狀為 薄片或顆粒狀，晶體結(jié)構(gòu)為非晶態(tài)。5. 根據(jù)權(quán)利1所述制備的吸附劑其特征在于對(duì)染料具有選擇性吸附，具體表現(xiàn)為對(duì)羅 丹明B、亞甲基藍(lán)、甲基紫、堿性品紅等陽(yáng)離子具有良好的吸附作用，而對(duì)甲基橙、鉻黑T、酸 性鉻蘭K等陰離子染料則微量或完全不吸附。6. 根據(jù)權(quán)利1所述制備的吸附劑對(duì)染料具有良好的吸附效果，吸附量最高可達(dá) 200-600 mg/g (針對(duì)不同染料，其吸附量有所不同)，且到達(dá)吸附飽和后形成沉淀物聚沉，容 易過(guò)濾分離。7. 根據(jù)權(quán)利5和6所述的選擇性吸附的特性不僅僅可用于染料的吸附，還可用于染料 的分離與提純。
【專利摘要】<b />本發(fā)明公開(kāi)一種染料選擇性吸附劑的可大量制備方法及應(yīng)用。此方法首先采用傳統(tǒng)的熱蒸發(fā)法在壓強(qiáng)約為10-3Pa、溫度500-1000℃的真空環(huán)境下對(duì)原材料WO3粉末進(jìn)行蒸鍍，蒸發(fā)的氧化鎢蒸氣在半球型沉積罩處遇冷、過(guò)飽和后沉積而形成由尺寸為微納級(jí)的顆?；虮∑M成的非晶WO3薄膜，然后將沉積罩上的薄膜產(chǎn)物刮落或超聲震落后烘干得到的粉末即為吸附劑。本方法制備的吸附劑具有兩大特點(diǎn)：一是對(duì)陽(yáng)離子染料分子具有強(qiáng)吸附作用,但對(duì)陰離子染料分子則不吸附或微量吸附，體現(xiàn)出選擇性吸附特性，可應(yīng)用于染料的分離技術(shù)；二是吸附劑在吸附染料飽和后會(huì)以沉淀物形式自動(dòng)沉積到溶液底部，易于從溶液中過(guò)濾和分離，在處理染料廢水、低碳生活和節(jié)能減排等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
【IPC分類】B01J20/06, B01J20/30, C02F1/28
【公開(kāi)號(hào)】CN105498677
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410487672
【發(fā)明人】羅堅(jiān)義, 陳鋒, 林玉容, 梁寶文, 曹智, 申冬玲, 曾慶光
【申請(qǐng)人】五邑大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2014年9月22日