摘 要：用FeCl3、AlCl3、FeSO4对茶渣进行改性，研究改性后的茶渣对含酚废水的吸附性能。探讨了溶液的初始浓度、pH值和时间及温度等因素对吸附性能的影响，并探讨了等温吸附过程。结果表明，FeCl3对茶渣的改性效果最好，用此改性茶渣对苯酚进行吸附，在溶液pH为9.0，苯酚初始溶度为200mg/L，投加200目改性茶渣2.5g，温度50℃下吸附60min时吸附效果最好，最大吸附量为8.5mg/g。
关键词：改性茶渣；含酚废水；吸附
1 绪论
随着工业化的发展，排向环境中的含酚废水越来越多，由于其具有很强的毒性，已经受到国内外广泛关注。目前含酚废水的传统处理方法主要有萃取法、生物处理法；新兴技术则有光催化技术、临界水氧化技术、电催化技术、超声降解技术[1]。茶叶渣是冲泡后的茶叶渣滓。茶叶和茶汤中含有多种多样的含氧、氮、磷和硫的活性基团这些基团在适宜条件下与金属离子发生不同反应，使多种金属离子沉淀。国内茶叶的吸附研究处于起步阶段，茶叶作为吸附材料，对金属离子的吸附已有许多报道[2]，但对有机分子的吸附研究较少。本研究通过改性过的茶叶渣来处理含酚废水，旨在找到一种新的以废治废的含酚废水处理技术。
2 实验部分
2.1 试剂与仪器
试剂：茶叶（市售绿茶）；氯化铵；氨水；铁氰化钾；4-氨基安替比林，苯酚、三氯化铁、硫酸亚铁等均为分析纯。
仪器：So8-h2调速振荡器、T6新悦可见分光光度计、PHS-3C型酸度计、SHA-B水浴恒温振荡器。
2.2 实验方法
2.2.1 茶叶渣的制备和茶渣改性的方法
将市售绿茶浸泡2次：第一次用90℃自来水浸泡，浸泡时间为12h；后将茶汤滤去，再加蒸馏水浸泡12h。浸泡完后过滤，将滤后的茶叶在烘箱中110℃下烘干后，研磨成粉末，并分别用200目，100目，80目，60目，40目，10目的筛子进行分类。放置在干燥皿中备用[3]。室温下，取1g茶叶渣置于1.5mol/L的改性剂中搅拌1h，然后用真空泵进行抽滤，再将其置于105℃下烘干24h，即得到改性茶叶，改性茶叶放置干燥皿中备用。
2.2.2 改性茶叶渣对含酚废水的去除效果实验
室温下，称取一定量的改性茶叶，加入盛有一定浓度模拟苯酚溶液的锥形瓶中，调节pH，在恒温振荡器上震荡吸附至平衡，取上层清液3份，做平行实验，用分光光度法（λ=510nm）测定其中苯酚残余浓度。
3 结果与分析
3.1 改性剂的选择
在苯酚浓度为40mg/L；溶液体积为50mL；粒径100目的改性茶叶渣加入1g的条件下，考察不同改性剂对苯酚吸附效果的影响，其中改性剂的浓度均为1.5mol/L，做三组平行实验，结果见表1。
由此可见加入改性剂后吸附性能有所提高，在三种改性剂中，三氯化铁的改性效果最好，氯化铝次之，硫酸亚铁最差。因此，以下实验均选用三氯化铁改性后的茶渣作为吸附剂。
表1 改性剂的选择实验结果
3.2 茶渣的粒径对吸附量的影响
分别向6组50mL的100mg/L模拟含酚废水中加入200目、100目、80目、60目、40目、10目改性后茶渣1g，调节pH为2，常温下震荡60min，过滤后得上清液，测定吸光度。研究茶渣粒径与对吸附量的影响。如图1。
由图1可以看出，茶渣对苯酚的吸附量随着茶渣粒径的减小而增大，当茶渣的粒径小于100目时，对吸附的影响不大，因此实验选择100目的茶渣做吸附剂。
3.3 溶液初始浓度对吸附量的影响
配制50mL浓度分别为40.0mg/L、60.0mg/L、80.0mg/L、100.0mg/L、150.0mg/L、200.0mg/L、300.0mg/L和500.0mg/L的苯酚溶液，调节pH为2，称取1g的100目的改性茶渣8份，分别放入各苯酚溶液中，将溶液在室温下振荡60min后，取出测量吸光度值，研究溶液初始浓度对苯酚吸附量的影响，结果如图2。
图2 室温下，初始浓度对吸附量的影响
由图2可知，室温下，随着初始浓度的增加，吸附量增加。当初始浓度大于200mg/L时，吸附量变化不大，说明初始浓度在200mg/L时，改性茶叶吸附达到饱和。所以以下实验，苯酚溶液初始浓度均选用200mg/L。
3.4 pH对吸附量的影响
配制50mL浓度为200mg/L的苯酚溶液6份，并调节pH分别为3、5、7、9、11和12，分别加入用氯化铁改性好的茶渣1g，将苯酚溶液置于振荡器中振荡60min，研究pH对苯酚溶液吸附量的影响，结果如图3。
图3 在200mg/L的初始浓度下，pH对吸附量的影响
由图3可知，在初始浓度200mg/L下，溶液pH值在1.0至9.0时，改性茶叶对苯酚的吸附量随着pH的增大而增大；当溶液pH大于9.0时，随着溶液pH值的增大，吸附量反而减小。这是由于pH过高，改性茶叶上的Fe3+生成Fe（OH）3沉淀而解吸到溶液中，影响了吸附，所以最佳吸附pH为9.0。以下实验溶液的pH均调为9.0。
3.5 吸附时间对吸附量的影响
配制50mL浓度为200mg/L的苯酚溶液7份，调节pH为9.0，分别向苯酚溶液中加入1g改性茶叶，调节振荡器时间为70min，每隔十分钟取出一瓶，研究吸附时间对苯酚溶液吸附量的影响，结果见图4。
图4 吸附时间对吸附量的影响
由图4可知，初始浓度200mg/L，pH为9.0时，吸附量随着时间的增长而增加，当吸附时间达到60min后，吸附量基本保持不变，达到吸附平衡。开始时吸附很快是由于苯酚主要吸附在三氯化铁改性茶叶的表面，随着吸附时间的延长，苯酚逐渐进入三氯化铁改性茶叶的孔隙而被吸附，因为苯酚通过茶叶孔隙阻力增大，传质速度减慢，吸附率随吸附时间缓慢增加，直至达到吸附平衡。为保证达到吸附平衡，后面的实验吸附时间选为60min。
3.6 茶渣的投加量对吸附的影响
配制50mL浓度为200mg/L的苯酚溶液8份，并调节pH分别为9，分别加入改性茶渣0.5g，1g，1.5g，2g，2.5g，3g，4g，5g，再将苯酚溶液置于振荡器中振荡60min，研究茶渣投加量对苯酚溶液吸附量的影响，结果如图5。
图5 茶渣投加量对吸附量的影响
由图5可以看出，随着茶渣投加量的增加，吸附量越来越大，但当投加量大于2.5g时，吸附量变化不大，说明在投加量大于2.5g时，溶液中的苯酚已经吸附饱和，因此实验中采用2.5g的茶渣投加量。
3.7 溶液温度对吸附量的影响
配制50ml浓度为200mg/L的苯酚溶液6份，调节pH为9.0左右，分别置于20℃、30℃、40℃、50℃、60℃和70℃的振荡仪中，将2.5g改性茶叶分别加入到各苯酚溶液中，吸附时间为60min，研究温度对苯酚溶液吸附量的影响，绘制成曲线分布图，结果见图6。
图6 溶液温度对吸附量的影响
由图6可知，在低温条件下，随着温度的升高，苯酚的吸附量变化较大，这是由于加热蒸煮导致改性茶叶内部纤维发生溶涨作用，分析扩散加快；当温度高于50℃后，随着温度的升高，吸附量会减少，这是由于温度较高时破坏了三氯化铁改性茶叶的吸附表面，温度升高加速离子的运动，会使三氯化铁改性茶叶上的Fe3+溶解到溶液中，不利于吸附，因此，温度控制在50℃较好。[5]
4 结束语
用FeCl3改性后的废弃茶叶渣对废水中的苯酚有较强的吸附能力，吸附主要受PH值和温度的影响。在溶液pH为9.0，苯酚初始溶度为200mg/L，投加200目改性茶渣2.5g，温度50℃下吸附60min时吸附效果最好。本研究不但对保护环境、维护人体健康、促进经济发展具有重要意义，而且对开拓茶叶渣的应用有重要意义。
参考文献
[1]吴勇民，李浦，黄咸雨，等.含酚废水处理新技术及其发展研究前景[J].环境科学域管理2007，32（2）：150-153.
[2]刘方明，刘剑.含酚废水的处理[J].黑龙江环境通报，2010，24（11）：80-90.
[3]黄江胜.改性茶叶对工业废水的吸附性能研究[J].安徽：安徽工业大学，2010（4）：19-20.
[4]张芳西，金承基，周淑芬.含酚废水的处理与利用[M].北京：化学工业出版社，1983.
[5]臧花运，苏小欢，曾宝强.生物化学法处理含酚废水的研究进展[J].新疆环境保护，2005，27（1）：28-31.
推荐访问： 废水 废弃 茶叶 研究
