FeCo/H-103 磁性树脂吸附苯胺废水的性能研究

曹允洁

（滨州学院化工与安全学院，山东 滨州 256603）

苯胺广泛应用于印染、制药和化工行业。苯胺类物质的性质活泼，生物毒性大，受热分解会产生有毒烟气，对眼睛、黏膜和上呼吸道有严重的刺激作用[1]。含苯胺的废水直接排放到环境中，会严重污染环境，造成水体污染，危害人体及生物的健康与安全。目前国内外对苯胺废水的治理主要有萃取法、电解法、膜分离法、生物法、吸附法等[2-6]。其中，吸附法不仅可以高效地使污水中的胺含量下降，降低污染，还能将吸附的含胺类物质进行二次处理，循环利用。大孔树脂是废水处理中被广泛应用的吸附剂，具有吸附量大、选择性好、吸附速率快等优点，但大孔树脂的颗粒小，回收较困难，不利于循环使用。将磁性金属或金属氧化物负载在大孔树脂上，利用磁铁来回收树脂，可以解决回收难的问题[7]。本文将磁性FeCo 合金负载在H-103 树脂上，制备了FeCo/H-103 磁性吸附树脂并用于苯胺废水的处理，探讨了初始浓度、吸附温度、吸附时间、废水pH 值对吸附性能的影响。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

HH-2 数显恒温水浴锅，ZKXFB-1 型真空干燥箱，Agilent8435 型紫外分光光度计，SHA-C1 恒温振荡器。

FeSO4·7H2O、CoCl2·6H2O、无水乙醇、KPH4、苯胺、NaOH(均为AR)。H-103 树脂。

1.2 实验方法

1.2.1 Fe Co/H-103 改性树脂的制备[8]

将未处理的H-103 树脂、无水乙醇加入索式提取器中处理5h，去除树脂表面的有机化合物，抽滤，放入50 ℃干燥箱中干燥12 h。

按摩尔比1∶1，称取一定质量FeSO4·7H2O和CoCl2·6H2O，用去离子水溶解后，逐滴加入适量KPH4，反应至无气泡生成，干燥后制备得到FeCo 合金。预处理后的H-103 树脂用10%的NaOH 溶液浸泡1h，加入同等质量的FeCo 合金，室温下浸泡30min，去离子水洗涤3 次，抽滤，50℃下真空干燥12 h。

1.2.2 模拟苯胺废水处理

称取0.20g 的FeCo/H-103 树脂于250mL 碘量瓶内，加入100mL 一定浓度的苯胺水溶液，调节至一定pH 值，放于恒温振荡器中120r·min-1进行振荡。控制不同的水浴温度，持续振荡一定时间。吸附达到平衡后，过滤掉FeCo/H-103 树脂，取上清液，测量溶液的吸光度，并计算吸附后的吸附量Q和吸附效率η。

平衡吸附量的 计算公式：

式中，Q为平衡吸附量，mg·g-1；C0为溶液的初始浓度，mg·L-1；Ca为吸附平衡剩余的溶液浓度，mg·L-1；V为溶液的体积，L；m为FeCo/H-103 磁性树脂质量，g。

吸附率计算公式：

式中，η为吸附效率，%；C0为溶液的初始浓度，mg·L-1；Ca为吸附平衡剩余的溶液浓度，mg·L-1。

2 结果与讨论

2.1 苯胺标准曲线的绘制

图1 为苯胺吸附的标准曲线。吸附标准曲线拟合方程为：y=0.01415x+0.00561，其中y代表吸光度，x代表溶液浓度（mg·L-1），相关系数R2的值为0.99965。

图1 吸附标准曲线

2.2 初始苯胺浓度对吸附性能影响

加入0.20g 的FeCo/H-103 树脂，在吸附温度30℃、吸附时间3h、pH=7 的条件下，改变苯胺溶液浓度分别为80、90、100、110、120 mg·L-1，探讨苯胺溶液的初始浓度对吸附量和吸附率的影响，结果见图2。

从图2 可以看出，随着苯胺的初始浓度逐渐升高，吸附量也不断增加。因为水中的苯胺含量越高，树脂与废水之间的浓度梯度随之增大，会产生推动力，推动苯胺分子向吸附树脂的表面运动，从而使树脂对废水中苯胺的吸附量增大。但当苯胺溶液浓度较高时，FeCo/H-103 树脂的吸附慢慢趋向饱和，吸附量变化不大。苯胺溶液浓度小于100 mg·L-1时，吸附率不断增加，是因为苯胺的初始浓度逐渐增大且未达到饱和，所以吸附率不断增加；浓度大于100 mg·L-1时，吸附逐渐达到饱和，吸附率反而逐渐降低。因此，FeCo/H-103 树脂的最佳吸附浓度选择为100 mg·L-1。

图2 苯胺初始浓度与吸附量、吸附率的关系曲线

2.3 温度对吸附性能的影响

加入FeCo/H-103 树脂0.2g，在苯胺溶液初始浓度100mg·L-1、pH=7、吸附时间3h 的条件下，控制温度分别为25℃、30℃、35℃、40℃、45℃，研究吸附温度对吸附量和吸附率的影响，结果见图3。由图3 可以发现，温度在30℃以前，吸附量和吸附率均不断增加，这可能是因为温度在30℃左右时，适当增大温度会使苯胺的热运动增强[9]，与FeCo/H-103 树脂的碰撞次数更多，两者的接触更彻底，使得吸附率和吸附量均有增加。温度大于30℃后，吸附量和吸附率不断减小，说明温度过高不利于FeCo/H-103树脂对苯胺的吸附，原因可能是树脂表面无功能性官能团，FeCo/H-103 树脂的吸附主要为物理吸附，温度继续升高，吸附剂分子的运动速率继续加快，吸附质与吸附剂之间产生的范德华力受到影响，使吸附减弱，导致FeCo/H-103 树脂对苯胺的吸附量和吸附率减小。因此，温度30℃是吸附的最佳温度。

图3 吸附温度与吸附量、吸附率的关系曲线

2.4 吸附时间对吸附性能的影响

固定FeCo/H-103 树脂的量0.2 g，溶液初始浓度为100 mg·L-1，温度30℃，pH=7, 分别振荡吸附2.0、2.5、3、3.5、4.0h，研究吸附时间对吸附量和吸附率的影响，结果见图4。

由图4 可以发现，吸附量和吸附率在3h 时为吸附最高点。吸附时间在2～3h 时，吸附量和吸附率不断增加，此时是FeCo/H-103 树脂对水中苯胺吸附的黄金时间；当吸附时间为3h 时，吸附量和吸附率同时达到最大；吸附时间大于3h 后，吸附量和吸附率不稳定，略有减小。这是由于吸附时间为3h 时，吸附达到了动态平衡，而FeCo/H-103 树脂的量不变，最高吸附量也不变。刚开始吸附时，部分苯胺分子快速吸附在FeCo/H-103 树脂表面，不够稳定，有少量脱落又重新吸附；在3 h 后吸附不稳定，吸附量和吸附率略有减小。

图4 吸附时间与吸附量、吸附率的关系曲线

2.5 pH 值对吸附性能的影响

在苯胺溶液的初始浓度为100mg·L-1、温度30℃、吸附时间3h 的条件下，调节溶液pH 值分别为3、5、7、9、11，研究pH 值对吸附量和吸附率的影响，结果见图5。由图5 可以看出，FeCo/H-103 树脂对废水中苯胺的吸附量和吸附率，呈先增大后减小的趋势，在pH=5 时达到最大。由于苯胺属弱酸性离子化合物，在一定pH 范围内，苯胺容易发生离子化，在水中呈现两种状态：离子态和非离子态。当pH ＜7 时，溶液中存在大量的H+，非离子态占有较大的比例，而苯胺具有较高的疏水性，所以在pH＜7 的条件下,苯胺更容易被FeCo/H-103 树脂吸附。当pH ＞7 时，苯胺以负离子的形式存在，苯胺分子与FeCo/H-103 树脂之间的氢键作用力减弱，而且在碱性条件下，苯胺分子和FeCo/H-103 树脂表面都带负电，苯胺与FeCo/H-103 树脂之间容易产生静电斥力，影响FeCo/H-103 树脂对苯胺的吸附。因此，废水的pH=5 时，FeCo/H-103 树脂对苯胺的吸附效果最好。

图5 pH 值与吸附量、吸附率的关系曲线

3 结论

本文以FeSO4·7H2O 和CoCl2·6H2O 为原料，以H-103 树脂为载体，制备了具有磁性的FeCo/H-103 树脂。采用静态吸附法对苯胺废水进行吸附实验，通过单因素实验，探讨了苯胺溶液初始浓度、吸附温度、pH 值、吸附时间对吸附性能的影响。得出以下结论：

1）当吸附温度、pH 值、吸附时间、FeCo/H-103树脂的量不变时，改变苯胺溶液的初始浓度，结果表明，随着浓度升高，吸附量逐渐增大，最后趋于平缓，吸附效率先增大后下降。

2）当初始浓度、pH 值、吸附时间、FeCo/H-103树脂的量不变时，改变吸附温度，30℃以下时，吸附量和吸附率会随温度的升高而增高，温度大于30℃后，吸附量和吸附率会随温度的升高而减小，说明温度过高会抑制FeCo/H-103 树脂对苯胺的吸附。

3）控制初始浓度、吸附温度、pH 值、FeCo/H-103树脂的量不变，改变吸附时间，结果表明，吸附时间越长，吸附量及吸附率越大，但在3h 后几乎不变或者有些许波动。

4）当初始浓度、吸附时间、吸附温度、FeCo/H-103 树脂的质量不变时，改变pH 值，结果发现吸附量和吸附率以pH=5 时最大。

5）FeCo/H-103 树脂处理苯胺废水的最佳条件为：苯胺初始浓度为100 mg·L-1，水浴温度30℃，pH=5，吸附时间3h。