一种染料选择性吸附剂的制备方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明公开一种染料选择性吸附剂的制备方法及其在污水处理和染料分离技术 中的应用。
【背景技术】
[0002] 2013年我国染料的产量为89. 5万吨，占世界总产量60%，属当之无愧的染料大国， 然而在染料生产和使用过程中，大约有10-20%排入水中，造成对水资源的污染，染料废水 已成为环境重点污染源之一。染料废水含有大量复杂的有机物和盐份，具有C0DCr(化学耗 氧量）高、色泽深、酸碱性强等特点，给废水处理带来很大的困难。目前，常用的处理方法有 物理法、化学法和生物法，化学法的工艺条件高，易产生二次污染；生物法脱色真菌的效率 不高，且脱色范围单一；物理法包括膜分离和吸附法，膜分离昂贵，吸附法具有废物利用、操 作工艺简单，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 墨和天然蒙脱土等多孔或活化的材料，但此类材料较难溶于水，吸附过程中溶于漂浮在水 面，与染料接触减少，导致去色率低。因此，廉价易得的、高效的去除水中染料的吸附剂的研 究受到人们广泛的关注。
【发明内容】
[0003] 本发明解决的是针对阳离子染料废水处理的问题，提供一种阳离子染料吸附剂的 制备方法和染料分离技术的应用。
[0004] 本发明的一种阳离子染料吸附剂为非晶的三氧化钨薄片或颗粒，其制备方案如下 所示： (1) 将三氧化钨（99.9%)放入承载的加热器皿中作为蒸发源，然后加盖沉积罩； (2) 开启抽真空系统进行抽真空，待真空度达到1.0X10 2-3X10 3 Pa; (3) 开启蒸发源加热系统，对蒸发源进行加热，加热温度为500-1000 °C; (4) 蒸发过程完毕后，将沉积罩取出，向其中加入助分离剂（去离子水等液体）后放入 超声波振荡器中分离出非晶三氧化钨； (5) 干燥后得到非晶三氧化钨吸附剂。
[0005] 本发明的吸附剂对阳离子染料都有良好的吸附效果，具体表现为对罗丹明、亚甲 基蓝、甲基紫、碱性品红等阳离子的吸附，去色率可达50-80%，且到达吸附饱和后形成颗粒 聚沉容易过滤分离。
[0006] 本发明的吸附剂的选择性吸附特性可以用与染料分离技术，将能够吸附的阳离子 染料和不能吸附的阴离子染料进行粗分离。
【附图说明】
[0007] 图1材料制备装置示意图，沉积罩内W03粉末在高温下加热升华，气相原料在上半 空间的沉积罩进行遇冷过饱和沉降，形成由微纳尺寸的薄片或者颗粒组成的非晶氧化钨薄 膜。
[0008] 图2材料形貌和结构表征示意图，图（a)中扫描电子显微镜图显示为薄片结构， 图（b)、（c)、（d)、（e)分别为X-ray衍射谱、透射电子显微镜图和选区电子衍射图，表明薄 片的晶体结构为非晶态的三氧化钨。
[0009] 图3为吸附剂（3. 5 mg)对30ml浓度为25mg/L亚甲基蓝染料溶液进行吸附测试： (a)为吸附前后的吸收光谱，吸附后溶液的颜色明显地变浅，吸收谱中的峰值大幅度减弱， 溶液中有蓝色沉淀物析出；(b)为吸附剂的吸附量与亚甲基蓝溶液浓度的关系：随着浓度 的增加，吸附量基本呈线性增力卩。图（b)的插图标出溶液出现沉淀物时的临界浓度为20mg/ L〇
[0010] 图4测试七种典型染料的吸附效果统计图，图中可以看出制备的吸附剂对罗丹明 B、亚甲基蓝、甲基紫、碱性品红等阳离子有良好的吸附作用，去色率为30-70%，对甲基橙、铬 黑T、酸性铬兰K等阴离子染料表现为微量或不吸附。
[0011] 图5选择性吸附剂应用于染料分离的实施例，从颜色和吸收光谱中显示该吸附剂 能有效分离亚甲基蓝和甲基橙两种不同带电基团的染料。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合附图和优选的实施案例对本发明制备出吸附剂具有的特点和具体实施 过程做进一步阐述，其目的在于更好的说明本
【发明内容】
，而非限制本发明的保护范围。
[0013] 实施例1 :吸附剂吸附饱和后以沉淀物形式析出 首先，称量1.0 g wo3粉末放入加热的舟内，均匀铺开，然后抽真空，当真空度到达 4.0X103 Pa时，开始升温。在700°C下保温30 min后降温，将沉积罩放入去离子水中进行 超声，震下的粉末烘干后即为吸附剂。
[0014] 其次，分别配置不同浓度的亚甲基蓝染料溶液30 ml各两组，在其中一组的所有溶 液中放入称量好的3. 5 mg的吸附剂粉末，另外一组作为对比，静置一段时间后（3小时）分 别进行吸收光谱测试，同样吸附量定义为单位质量的吸附剂吸附的染料质量，写成公式为：
，如图3所示，（a)为加入吸附与未加入的吸收光谱对比，吸附后溶液的 颜色明显地变浅，吸收光谱中的峰值大幅度减弱，且沉淀物析出，易于吸附剂从染料溶液中 分离；(b)为吸附剂的吸附量与亚甲基蓝的浓度的关系，图中曲线表明随着浓度的增加，吸 附量基本呈线性增加，吸附剂的吸附量最高达到600 mg/g。图（b)的插图给出的是溶液出 现沉淀物的临界浓度在20mg/L处：低于20 mg/L吸附完成后，无沉淀物析出，高于20 mg/ L，开始出现沉淀物析出。
[0015] 实施例2 :吸附剂的选择性吸附特性 首先，称量1.0 g wo3粉末放入加热的舟内，均匀铺开，然后抽真空，当真空度到达 1.0X103 Pa时，开始升温。在600°C下保温20 min后降温，将沉积罩放入去离子水中进行 超声，震下的粉末烘干后即为吸附剂。
[0016] 其次，配置一定浓度(如25 mg/L或30 mg/L)的亚甲基蓝、甲基紫、碱性品红四种 代表性阳离子染料溶液和甲基橙、铬黑T、酸性铬兰K三种代表性阴离子染料溶液30 ml各 两组，在在其中一组的所有溶液中均放入称量好的5. 3 mg的吸附剂粉末，另一组溶液作为 对照组，静置一段时间（2小时）后分别测量溶液的吸收光谱。图4为测试七种典型染料的 吸附前后浓度变化统计图，图中可以看出制备的吸附剂对罗丹明B、亚甲基蓝、甲基紫、碱性 品红等阳离子具有明显的吸附作用，去色率为30-70% (去色率定义为吸附前后吸收染料溶 液吸收光谱最强峰强度的变化百分比)。吸附剂对甲基橙、铬黑T、酸性铬兰K等阴离子染料 则表现为微量或完全不吸附。
[0017] 实施例3 :吸附剂应用于染料分离 首先，称量2.0 g W03粉末放入加热的舟内，均匀铺开，然后抽真空，当真空度到达 1. 0X10 2 Pa时，开始升温。在800°C下保温30 min，后降温，将玻璃基片放入去离子水中 进行超声，震下的粉末烘干后即为吸附剂。
[0018] 其次，配置25 mg/L的亚甲基蓝和甲基橙溶液各15 ml，然后按照1:1溶液进行混 合得到深绿色的混合溶液，测试其吸收光谱，光谱中含有亚甲基蓝和甲基橙的特征峰，然后 添加4. 5 mg的非晶氧化钨粉末吸附剂，静置一段时间，溶液的颜色变为棕色，其吸收光谱 中只存在甲基橙的吸收峰和吸附剂氧化钨材料的吸收边，而亚甲基蓝的吸收峰几乎完全消 失，说明溶液中的亚甲基蓝分子已完全被吸附到吸附剂的表面，溶液中只存在着甲基橙染 料分子。
【主权项】
1. 一种染料选择性吸附剂的制备方法，其特征在于以高纯wo3粉末为原材料，采用传统 的热蒸发工艺在真空度为1. ο X 10 2-3 X 10 3 Pa，温度为500-1000°C的条件下蒸镀，在基片 或钟罩上沉积形成纳微尺寸的非晶W03薄片或颗粒，其工艺步骤如下： (1) 将wo3放入承载的加热器皿中作为蒸发源，然后加盖沉积罩； (2) 开启抽真空系统进行抽真空，待真空度达到； (3) 开启蒸发源加热系统，对蒸发源进行加热，加热温度为500-100(TC ; (4) 蒸发过程完毕后，将沉积罩取出，向其中加入助分离剂(去离子水等液体）后放入 超声波振荡器中分尚出非晶wo3; (5) 干燥后得到非晶W03吸附剂。2. 根据权利1所述的制备方法其特征在于蒸镀的条件为真空度为1. 0X 10 2-3X 10 3 Pa，蒸发温度为500-1000°C。3. 根据权利1所述的制备方法其特征在于选取的衬底具有大面积多角度等特点。4. 根据权利1所述的制备方法其特征在于制备是W03，其粒径大小为微纳尺寸，形状为 薄片或颗粒状，晶体结构为非晶态。5. 根据权利1所述制备的吸附剂其特征在于对染料具有选择性吸附，具体表现为对罗 丹明B、亚甲基蓝、甲基紫、碱性品红等阳离子具有良好的吸附作用，而对甲基橙、铬黑T、酸 性铬兰K等阴离子染料则微量或完全不吸附。6. 根据权利1所述制备的吸附剂对染料具有良好的吸附效果，吸附量最高可达 200-600 mg/g (针对不同染料，其吸附量有所不同)，且到达吸附饱和后形成沉淀物聚沉，容 易过滤分离。7. 根据权利5和6所述的选择性吸附的特性不仅仅可用于染料的吸附，还可用于染料 的分离与提纯。
【专利摘要】<b />本发明公开一种染料选择性吸附剂的可大量制备方法及应用。此方法首先采用传统的热蒸发法在压强约为10-3Pa、温度500-1000℃的真空环境下对原材料WO3粉末进行蒸镀，蒸发的氧化钨蒸气在半球型沉积罩处遇冷、过饱和后沉积而形成由尺寸为微纳级的颗粒或薄片组成的非晶WO3薄膜，然后将沉积罩上的薄膜产物刮落或超声震落后烘干得到的粉末即为吸附剂。本方法制备的吸附剂具有两大特点：一是对阳离子染料分子具有强吸附作用,但对阴离子染料分子则不吸附或微量吸附，体现出选择性吸附特性，可应用于染料的分离技术；二是吸附剂在吸附染料饱和后会以沉淀物形式自动沉积到溶液底部，易于从溶液中过滤和分离，在处理染料废水、低碳生活和节能减排等方面具有广阔的应用前景。
【IPC分类】B01J20/06, B01J20/30, C02F1/28
【公开号】CN105498677
【申请号】CN201410487672
【发明人】罗坚义, 陈锋, 林玉容, 梁宝文, 曹智, 申冬玲, 曾庆光
【申请人】五邑大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2014年9月22日