利用“暖宝宝”废渣对墨水脱色的实验探究
张文绘
摘要：利用暖贴废渣中铁、碳等有效成分对纯蓝墨水进行了吸附脱色及类Fenton处理的实验，探究了其处理效果及作用机理。实验结果表明：暖贴废渣对稀释25倍的纯蓝墨水的吸附脱色率最高可达98.8%；直接对墨水进行废渣Fenton反應和采用类Fenton法对吸附饱和的废渣进行原位再生后再吸附均具有很好的脱色效果；经暖贴废渣充分吸附或Fenton反应后墨水均由酸性上升到近中性。本研究实现了“以废治废，变废为宝”，具有很好的社会、环境和经济效益。
关键词：暖贴废渣；墨水；脱色；吸附；Fenton
一、选题背景
“暖宝宝”是冬天人们常用的局部取暖贴剂（图1，又名“暖贴”）。近年来，使用暖宝宝的人群越来越多，特别是像武汉这样“冬天比较阴冷，又基本没有公共取暖设施”的城市，暖宝宝非常受长时间坐着学习的学生和爱美女士的欢迎。
在暖宝宝的外包装上一般都注明其内容物中含有铁粉、碳粉、高吸水性树脂及盐类等成分。铁是一种常见的高活性的还原性物质，常被应用于污水、废水的处理。而碳粉和高吸水性树脂都是常用的吸附剂，被普遍应用于废水的脱色。
暖贴被使用后，除铁粉表面会发生氧化外，其他成分基本不会发生变化。目前，暖贴废渣（图2）基本上处于无人监管、无人关注、被人以一般固体废物直接抛弃的状态。
墨水一般是由不同颜色的染料按一定比例稀释而成的溶液，染料在工业中应用非常广泛，在染料的生产及使用过程中会产生色度、酸及有机物等污染，会对环境造成危害。
因此，我们想“变废为宝”，利用暖贴废渣中铁、碳等有效成分对墨水进行脱色处理，探究其处理效果及作用机理。
二、材料与方法
1.试剂和材料
所有试剂的配制、样品准备、玻璃器皿的洗涤等均采用蒸馏水。
试验所用试剂均为分析纯。过氧化氢的质量分数为30%。铁粉为还原铁粉，其颗粒大小约为212um。
试验所用墨水为上海墨水厂生产的英雄牌高级纯蓝墨水（文具店购买）。
试验所用暖贴废渣来源于彩虹集团成都泉源卫生用品有限公司（超市购买），暖贴经正常使用后，剪开无纺布包装，倒出废渣，将废渣经人工充分研磨后置于棕色磨口试剂瓶中备用。废渣呈深咖啡色，其间肉眼可见少量黄褐色有玻璃光泽的亮片（应为蛭石）。
2.分析仪器与方法
（1）墨水色度的测定
墨水色度的测定按国家轻工行业标准：自来水笔用墨水第1部分：非颜料型墨水（QB/r 1745.1-2011）中色度的试验方法执行。
采用上海光学仪器厂721型可见分光光度计进行吸光度的测定。将纯蓝墨水分别稀释2000、1667、1333、1000、667和500倍，在606nm波长下测定各稀释水样的吸光度。稀释1000倍时，测定的吸光度值为0.491，满足标准中高级纯蓝墨水吸光度大于0.28的要求。
以稀释1000倍为基准，1000倍与其他稀释倍数的比值为横坐标，吸光度值为纵坐标建立如图3回归曲线。该曲线的线性相关系数高达0.9966，表明该测定方法可靠。试验中各处理水样的色度值就以其在606nm处的吸光度值或吸光度值对应的相对稀释比（1000倍/实际稀释倍数）表示。
（2）pH值的测定
pH值是一项反映水的酸碱性的指标，为水中所含氢离子浓度的常用对数的负值。
采用上海雷磁仪电科学仪器股份有限公司生产的PHS-3G型pH计测定废水的pH值，每次测定前用pH=4和pH=6.86的标准缓冲溶液进行标定。
3.试验方法
所有试验均为间歇批次试验，以100mL医用玻璃输液瓶作为反应瓶（图4），置于大小为30×45cm，转速为30rpm的360°翻转摇床（图5）中充分混合反应。所有的试验和分析均在室温下（15±1℃）进行。每组试验均重复三次，最后的结果取三次的平均值。
每组试验的初始反应条件为：5克暖贴废渣（或2.5克铁粉，废渣中铁含量约为50%）+100mL稀释25倍或50倍的纯蓝墨水，不投加或投加一定量的过氧化氢（50uL～800uL）。
反应完成后，将投加过废渣或铁粉的水样于2800rpm下离心5分钟，取上清液测定其pH值和色度。
三、结果与讨论
1.暖贴废渣吸附纯蓝墨水的效果
将纯蓝墨水分别稀释50倍（A组）和25倍（B组），取8个反应瓶，平均分成两组，向每个反应瓶中分别加5克废渣和100mL水样混合反应，分别于反应后0.5h、1h、2h和4h在A、B组中各取出一个样，离心，取上清液测定吸光度（图6，直接测定，未经稀释）和pH值（图7）。反应前后水样颜色对比如下图8所示。
从图中可以看出，稀释50倍的原水（A）经0.5小时的吸附后，色度大为降低，其去除率达到97.4%，吸附4小时后，其上清液颜色与蒸馏水相当。稀释25倍的原水（B）经0.5小时的吸附后尽管表观色度看上去还很明显，但由于原水浓度比A组高一倍，测定其色度去除率达97.9%，仍比A组的对应去除率值略高，4小时后，其上清液仍显淡淡的蓝色，但其色度去除率已高达98.8%，此时，吸附基本达到饱和。
摘要：利用暖贴废渣中铁、碳等有效成分对纯蓝墨水进行了吸附脱色及类Fenton处理的实验，探究了其处理效果及作用机理。实验结果表明：暖贴废渣对稀释25倍的纯蓝墨水的吸附脱色率最高可达98.8%；直接对墨水进行废渣Fenton反應和采用类Fenton法对吸附饱和的废渣进行原位再生后再吸附均具有很好的脱色效果；经暖贴废渣充分吸附或Fenton反应后墨水均由酸性上升到近中性。本研究实现了“以废治废，变废为宝”，具有很好的社会、环境和经济效益。
关键词：暖贴废渣；墨水；脱色；吸附；Fenton
一、选题背景
“暖宝宝”是冬天人们常用的局部取暖贴剂（图1，又名“暖贴”）。近年来，使用暖宝宝的人群越来越多，特别是像武汉这样“冬天比较阴冷，又基本没有公共取暖设施”的城市，暖宝宝非常受长时间坐着学习的学生和爱美女士的欢迎。
在暖宝宝的外包装上一般都注明其内容物中含有铁粉、碳粉、高吸水性树脂及盐类等成分。铁是一种常见的高活性的还原性物质，常被应用于污水、废水的处理。而碳粉和高吸水性树脂都是常用的吸附剂，被普遍应用于废水的脱色。
暖贴被使用后，除铁粉表面会发生氧化外，其他成分基本不会发生变化。目前，暖贴废渣（图2）基本上处于无人监管、无人关注、被人以一般固体废物直接抛弃的状态。
墨水一般是由不同颜色的染料按一定比例稀释而成的溶液，染料在工业中应用非常广泛，在染料的生产及使用过程中会产生色度、酸及有机物等污染，会对环境造成危害。
因此，我们想“变废为宝”，利用暖贴废渣中铁、碳等有效成分对墨水进行脱色处理，探究其处理效果及作用机理。
二、材料与方法
1.试剂和材料
所有试剂的配制、样品准备、玻璃器皿的洗涤等均采用蒸馏水。
试验所用试剂均为分析纯。过氧化氢的质量分数为30%。铁粉为还原铁粉，其颗粒大小约为212um。
试验所用墨水为上海墨水厂生产的英雄牌高级纯蓝墨水（文具店购买）。
试验所用暖贴废渣来源于彩虹集团成都泉源卫生用品有限公司（超市购买），暖贴经正常使用后，剪开无纺布包装，倒出废渣，将废渣经人工充分研磨后置于棕色磨口试剂瓶中备用。废渣呈深咖啡色，其间肉眼可见少量黄褐色有玻璃光泽的亮片（应为蛭石）。
2.分析仪器与方法
（1）墨水色度的测定
墨水色度的测定按国家轻工行业标准：自来水笔用墨水第1部分：非颜料型墨水（QB/r 1745.1-2011）中色度的试验方法执行。
采用上海光学仪器厂721型可见分光光度计进行吸光度的测定。将纯蓝墨水分别稀释2000、1667、1333、1000、667和500倍，在606nm波长下测定各稀释水样的吸光度。稀释1000倍时，测定的吸光度值为0.491，满足标准中高级纯蓝墨水吸光度大于0.28的要求。
以稀释1000倍为基准，1000倍与其他稀释倍数的比值为横坐标，吸光度值为纵坐标建立如图3回归曲线。该曲线的线性相关系数高达0.9966，表明该测定方法可靠。试验中各处理水样的色度值就以其在606nm处的吸光度值或吸光度值对应的相对稀释比（1000倍/实际稀释倍数）表示。
（2）pH值的测定
pH值是一项反映水的酸碱性的指标，为水中所含氢离子浓度的常用对数的负值。
采用上海雷磁仪电科学仪器股份有限公司生产的PHS-3G型pH计测定废水的pH值，每次测定前用pH=4和pH=6.86的标准缓冲溶液进行标定。
3.试验方法
所有试验均为间歇批次试验，以100mL医用玻璃输液瓶作为反应瓶（图4），置于大小为30×45cm，转速为30rpm的360°翻转摇床（图5）中充分混合反应。所有的试验和分析均在室温下（15±1℃）进行。每组试验均重复三次，最后的结果取三次的平均值。
每组试验的初始反应条件为：5克暖贴废渣（或2.5克铁粉，废渣中铁含量约为50%）+100mL稀释25倍或50倍的纯蓝墨水，不投加或投加一定量的过氧化氢（50uL～800uL）。
反应完成后，将投加过废渣或铁粉的水样于2800rpm下离心5分钟，取上清液测定其pH值和色度。
三、结果与讨论
1.暖贴废渣吸附纯蓝墨水的效果
将纯蓝墨水分别稀释50倍（A组）和25倍（B组），取8个反应瓶，平均分成两组，向每个反应瓶中分别加5克废渣和100mL水样混合反应，分别于反应后0.5h、1h、2h和4h在A、B组中各取出一个样，离心，取上清液测定吸光度（图6，直接测定，未经稀释）和pH值（图7）。反应前后水样颜色对比如下图8所示。
从图中可以看出，稀释50倍的原水（A）经0.5小时的吸附后，色度大为降低，其去除率达到97.4%，吸附4小时后，其上清液颜色与蒸馏水相当。稀释25倍的原水（B）经0.5小时的吸附后尽管表观色度看上去还很明显，但由于原水浓度比A组高一倍，测定其色度去除率达97.9%，仍比A组的对应去除率值略高，4小时后，其上清液仍显淡淡的蓝色，但其色度去除率已高达98.8%，此时，吸附基本达到饱和。
