２０１３年（第２９卷）第ｌ期　现代丝绸科学与技术　９　

阳离子交换膜对阳离子艳红Ｘ一５ＧＮ　

的吸解，陛能　

徐　斌　，胡　凯　，陈兴旺　，许月萍　，徐　松　

（１．威怡化工（苏州）有限公司，江苏苏州　２１５１６８；２．现代丝绸国家重点工程实验室，苏州大学，江苏苏州　２１５１２３）　

摘要ｉ研究了阳离子交换膜对阳离子艳红Ｘ一５ＧＮ的吸附和解吸性能。结果表明，吸附过程主要发生在前３０　ｍｉｎ，吸附符合伪二级动力学模型；Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附模型能更好的描述吸附过程。染料水溶液中加入不同浓度无机　缓染剂Ｎａ。ＳＯ　对吸附有一定影响；用乙醇、氯化钠，乙醇和氯化钾溶液的混合液来解吸，解吸率可达９８　以上，且　该阳离子交换膜的重复利用性很好。　关键词：离子交换膜；阳离子艳红Ｘ一５ＧＮ；吸附；解吸；吸附动力学　

水资源短缺问题已成为我国经济发展和社会进　

步的重要制约因素，而水质污染和水资源的粗放利　用进一步加剧了我国水资源的短缺。这些都迫切要　

求适合时代发展的污水资源化技术，以缓解水资源　的短缺状况。由于排放标准的日趋严格和水费的不　

断上涨，人们逐渐将目光投向含染料废水深度处理　

和回用上＿ｌ　。离子交换膜技术是当代高新技术之　

一，其具有分离效率高、能耗低、污染少的特点，因此　对水处理具有重要的应用价值　］。　

本研究探讨阳离子交换膜对模拟染料废水阳离　子染料艳红Ｘ一５ＧＮ的吸附和解吸行为，重点研究吸　

附条件与染料从阳离子交换膜上的解吸条件。期待　

对该种染料的工厂废水处理提供一定参考价值。　

１材料与方法　

１．１　材料　阳离子交换膜（英国Ｗｈａｔｍａｎ公司）　

１．２　染料　

阳离子艳红Ｘ一５ＧＮ（工业品）。　

１．３药品　

盐酸、氢氧化钠、硫酸钠、氯化钠、氯化钾、硫氰　

化钾、甲醇、无水乙醇（均为分析纯）　

１．４仪器　ＸＷ—ＺＤＲ型低噪振荡式染样机（靖江市新旺染　整设备厂），ＵＶ一２５５０型紫外一可见分光光度计（日　

本岛津公司）。　１．５试验方法　

１．５．１　吸附　直径为５０ｍｍ的阳离子交换膜圆片以去离子　水振荡洗涤５　ｍｉｎ，去除膜表面杂质，之后取出放入　

烘箱烘干，称重。将烘干好的膜分别放人浸泡在去　

离子水中２　ｈ，然后放人８０　ｍＩ　不同浓度染液中，在　

不同条件下恒温振荡吸附至平衡。　１．５．２　交换膜上染料吸附量的测定　用紫外分光光度计在最大吸收波长处测定吸光　

度，按标准工作曲线计算得到溶液中染料浓度，计算　

平衡吸附量（ｑ），公式如下：　ｑ一（Ｃ。一Ｃ）×　／Ⅲ　（１）　

式中，ｑ为平衡吸附量，ｍｇ／ｇ；Ｃ　和Ｃ分别是溶液中　

染料的初始质量浓度和吸附达到平衡后的质量浓　度，ｍｇ／Ｉ　；Ｖ是溶液体积，单位Ｉ　；ｍ是干阴离子交　

换膜的质量，单位ｇ。　

２结果与讨论　

２．１　阳离子交换膜对阳离子艳红Ｘ－ＳＧＮ的吸附性能　

２．１．１　时间对吸附的影响　图ｌ为阳离子艳红Ｘ一５ＧＮ在３０ｍｇ／Ｉ　和　

１００ｍｇ／Ｌ染液在ｐＨ一７，２５Ｃ下恒温吸附所得吸附　１Ｏ　现代丝绸科学与技术　２Ｏ１３年（第２９卷）第１期　

百分率随时间变化的曲线。由图１可知阳离子交换　膜对阳离子艳红Ｘ一５ＧＮ的吸附平衡时间为７Ｏ分钟　

左右。随染料浓度的增加吸附百分率有所下降，　

３０ｍｇ／Ｌ时前１０分钟吸附了８８　的染料，而浓度为　１００ｍｇ／Ｉ　时前１Ｏ分钟只吸附了６７　的染料，但平　

衡时间基本不变，为７Ｏ分钟。这是因为染料浓度高　

时带正电的染料与带负电的膜结合的机会会大一　些，所以初始吸附速率比较快。因此，以下实验染料　

吸附时间均为７Ｏ分钟。　

祷　

岫　

时间／ｍｉｎ　

图１　吸附时间对３０、１００ｍｇ／Ｌ阳离子艳红　Ｘ－５ＧＮ吸附百分率的影响　

２．１．２　温度对吸附的影响　图２是４０ｍＩ　，１００ｍｇ／Ｉ　阳离子艳红Ｘ一５ＧＮ在　

温度为２５、４０、５５、７０、８５、１００。Ｃ恒温吸附所得吸附　

曲线。图２表明：随着温度的升高吸附百分率稍微　有所下降。这是因为：吸附反应通常是放热的，因而　温度越低对吸附越有利ｌ＿７］，而温度对吸附过程影响　

很小，在废水处理中，一般温度变化不大，实践中通　

常在室温下进行吸附工作。温度对于该阳离子交换　膜对阳离子艳红Ｘ一５ＧＮ吸附百分率的影响很小，这　

对实际处理染料废水是有利的。　

＼　祷　

莲　

温度／℃　

图２温度对吸附百分率的影响　

２．１．３　无机盐对吸附的影响　图３是４０ｍＩ　，１００ｍｇ／Ｉ　阳离子艳红Ｘ一５ＧＮ在　ｐＨ一７，温度为２５。Ｃ，不同硫酸钠浓度下对吸附百　分率的影响效果图。由于在阳离子染料染色过程中　

常常加入无机缓染剂Ｎａ　Ｓ（）　，本实验研究了无机　

盐Ｎａ　ＳＯ　对吸附百分率的影响。由图３可知电解　质的加入对阳离子交换膜吸附效能有一定影响，从　

未添加硫酸钠到加入０．０５ｍｏｌ／Ｉ　的硫酸钠，吸附百　

分率下降明显，随着硫酸钠浓度的继续增高吸附量　仍有所下降，但不是很明显。这是因为电解质电离　

出来的Ｎａ　可以被阳离子交换膜所吸附，从而降低　了阳离子交换膜的交换总量。在实际阳离子染料废　

水中硫酸钠的用量比实验用量０．０５ｍｏｌ／Ｌ少的多，　

所以实际废水中无机盐硫酸钠对吸附影响不大。　

＼　槲　

莲　

浓度／ｍｏｌ／Ｌ　

图３　无机盐对吸附百分率的影响　

２．１．４　ＰＨ对吸附的影响　图４是４０ｍＩ　，１００ｍｇ／Ｉ　阳离子艳红Ｘ一５ＧＮ染　

液在ｐＨ一７，温度为２５℃，不同ｐＨ下对吸附百分　

率的影响效果图。因为阳离子艳红Ｘ一５ＧＮ在酸性　

条件下色光稳定，在强碱性条件下色光不稳定，故　

ｐＨ值只做到ｌＯ，由图可知阳离子交换膜对阳离子　

艳红Ｘ一５ＧＮ的吸附在ｐＨ值在３到４时吸附百分　

率下降明显，在ｐＨ值为７时吸附百分率最高。原　因可能是在ｐＨ值较低时染液中的大量Ｈ。。会阻碍　

阳离子染料的吸附，在碱性条件下时染液中ＯＨ的　

增加会导致交换膜上的一ＳＯ　基团与染料结合的竞　

争，或者是由于调ｐＨ值时加入的少量Ｎａ（）Ｈ影响　

了吸附，导致吸附百分率有所下降。　

２．１．５吸附等温线　

图５为阳离子艳红Ｘ　５ＧＮ在２５　Ｃ下的吸附等　

温线。由图５可知，随着初始染料质量浓度的增加　

吸附百分率有所下降，这是该阳离子交换膜对该染　

料吸附达到平衡的缘故。　

２．１．６　吸附动力学和吸附等温线的相关参数　

从表ｌ得出伪二级方程对阳离子艳红Ｘ一５ＧＮ　２０１３年（第２９卷）第１期　现代丝绸科学与技术　

＼　褂　求　血　莲　

图４　ｐＨ对吸附百分率的影响　

平衡染液浓度／ｍｇ・Ｌ—ｌ　

图５　阳离子艳红Ｘ－５ＧＮ吸附等温线　

的吸附拟合得到的Ｒ　高于Ｏ．９９，阳离子艳红Ｘ一　

５ＧＮ吸附用伪二级吸附动力学模型计算出的理论　

值ｑｅ在３Ｏ　ｍｇ／Ｌ时为５．６８　ｍｇ／ｇ，１００　ｍｇ／Ｉ　时为　

２０．Ｏ０　ｍｇ／ｇ，与实际测量值３０　ｍｇ／Ｌ时５．５８，１００　ｍｇ／Ｌ时１８．３４ｍｇ／ｇ比较接近，吸附过程更符合伪　

二级吸附动力学模型。Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程和Ｌａｎｇ—　ｍｕｉｒ方程拟合结果见表２。由表２可知，从Ｌａｎｇ—　

ｍｕｉｒ方程计算出来的方程拟合系数（Ｒ　）高于　

０．９８，上述结果与Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程吸附模型相比，　

用Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附模型能更好的描述该强酸性阳离　

子交换膜对阳离子红Ｘ—ＧＴＬ和阳离子艳红Ｘ一５ＧＮ　

的吸附行为。　表１　阳离子交换膜吸附动力学参数　

染料　伪一级吸附速率方程　伪二级吸附速率方程　ｑｅ／ｍｇ・ｇ　ｋｆ／ｒａｉｎ　Ｒ　ｑ　／ｍｇ・ｇ　ｈ／ｍｇ・ｇ－　・ｍｉｎ。　／　Ｒ。　

表２阳离子交换膜吸附的Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等温线和Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温线常数　

染料　Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等温线Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温线　ｎ　ｋｆ　Ｒ　ｑ　／ｍｇ・ｇ　ｋ　Ｒ　１．７１２　８４．９２　０．９２２０　９３．４６　０．０７０８　０．９８７７　

注：ｐＨ为７，２５℃　２．２　阳离子红ｘ－５ＧＮ染料的解吸效果　

在阳离子交换膜对染料的吸附的同时也要考虑　

到对于交换膜的回收再利用。所以在本实验采用　ＮａＣ１、ＫＣ１、ＫＳＣＮ和甲醇、乙醇解吸吸附阳离子红　

Ｘ一５ＧＮ的阳离子交换膜。图６是用１ｍｏｌ／Ｌ的　

ＮａＣ１、ＫＣ１、ＫＳＣＮ和甲醇、乙醇解吸效果图，氯化　钠、氯化钾和硫氰酸钾在解吸中效果相当，乙醇解吸　

效果好于甲醇。，故进一步研究乙醇和氯化钠、乙醇　

和氯化钾混合溶液的解吸效果。图７是ＮａＣ１、ＫＣＩ　水和乙醇不同比例混合液解吸效果图。由图７可以　

看出ＮａＣ１、ＫＣ１和无水乙醇的混合液解吸效果相　当，最佳解吸效果在无水乙醇含量为６Ｏ　时解吸率　

均达９８　。　

褂　

１００　

８０　

６０　糌　譬　ｏ　

２Ｏ　

０　ｉｍｏｌ／ＬＫＳＣＮｌｍｏｌ／ＬＫＣｌｌｍｏｌ／ＬＮａＣｌ无水乙醇　甲醇　

图６不同物质对Ｘ－５ＧＮ的解吸效果　

１ｍｏＦＬＮａＣｌ　厂＿］１ｍｏＦＬＫＣｌ　

ｌＯ　２Ｏ　３Ｏ　４Ｏ　５０　６０　７Ｏ　８Ｏ　９ｏ　乙醇含量／％　

图７氯化钠、氯化钾、水和无水乙醇对　阳离子红Ｘ－５ＧＮ的混合解吸效果　

３　结论　

（１）温度对吸附几乎没有影响，随着缓染剂硫酸　

钠浓度的增加吸附百分率有所下降，ｐＨ对吸附基　

本没有影响。　（２）阳离子艳红Ｘ一５ＧＮ的吸附动力学符合伪二　

级吸附动力学模型，Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附等温线更符合吸　∞∞∞　∞如∞　加

ｍ　０