甘蔗渣吸附處理染料廢水的研究

童展梁

摘要：染料廢水是一類不易生化處理的難降解廢水，常規(guī)水處理工藝無(wú)法有效去除廢水中的染料。本研究嘗試?yán)脧U棄的甘蔗渣作為吸附劑，吸附處理廢水中的亞甲基藍(lán)染料，實(shí)現(xiàn)以廢治廢。

關(guān)鍵詞：甘蔗渣；亞甲基藍(lán)；染料；吸附

Abstract: dye wastewater is a kind of difficult biochemical treatment of refractory wastewater, conventional water treatment technology can not effectively remove the dyes. This study attempts to utilize waste bagasse as adsorbent, adsorpt the methylene blue dye in wastewater.

Key words: bagasse; methylene blue; dyes; adsorption

中圖分類號(hào)：[TE992.2]文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

1. 前言

水是關(guān)系到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活等國(guó)計(jì)民生的重要資源。隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，水資源短缺和水體污染的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，危害人體健康、束縛社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

隨著染料與印染工業(yè)的發(fā)展，染料廢水成為主要的水體污染源之一。染料廢水色度大，可生化性差，組成復(fù)雜多變，若不經(jīng)處理直接排放將給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重危害[1]。據(jù)報(bào)道全世界每年以廢物形式排入環(huán)境的染料約6萬(wàn)噸，且現(xiàn)代染料朝著抗光解、抗熱及抗生物氧化方向發(fā)展從而使其處理難度加大[2]。

甘蔗渣是制糖工業(yè)的主要副產(chǎn)品，屬于典型的農(nóng)業(yè)固體廢棄物。其成分接近木質(zhì)材料，可以作為替代部分木材的原料，但到目前為止利用率還很低。因此，開(kāi)發(fā)甘蔗渣的利用途徑，提高甘蔗渣的利用效率是減少其廢棄的重要途徑。

本研究擬利用廢棄的甘蔗渣為吸附劑，用于吸附處理染料廢水。以亞甲基藍(lán)為染料的代表，研究甘蔗渣吸附亞甲基藍(lán)的吸附機(jī)制，探討溫度、鹽度等水質(zhì)參數(shù)對(duì)亞甲基藍(lán)吸附的影響。以期開(kāi)發(fā)一種廉價(jià)、高效的染料廢水處理方法，實(shí)現(xiàn)以廢治廢。

2. 實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)主要儀器：紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（UV-1750，島津）；電子天平（梅特勤-托利多儀器上海有限公司）；恒溫振蕩器（太倉(cāng)市實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠）；電熱鼓風(fēng)干燥箱；組織搗碎機(jī)（IKA）；高速離心機(jī)（LG10-2.4A，北京京立）。

亞甲基藍(lán)、氯化鈉等化學(xué)試劑均為分析純。甘蔗渣取自市售甘蔗。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

將甘蔗渣洗凈后在電熱烘干箱中烘干，用組織搗碎機(jī)將其搗碎后過(guò)100目篩，放入干燥器備用。

稱取一定量的甘蔗渣粉末至22 mL樣品瓶中，加入20mL一定濃度的亞甲基藍(lán)溶液，以200r/min的速度振蕩一定時(shí)間后，以3000 rpm的速度離心10 min，在650nm波長(zhǎng)下測(cè)定溶液中亞甲基藍(lán)的含量。

3. 結(jié)果與討論

3.1 吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程

25℃時(shí)，在不同時(shí)間段（10、20、30、45、60、90、120、150 min）測(cè)定0.015g甘蔗渣處理30mg/L的亞甲基藍(lán)溶液，恒溫振蕩、離心后測(cè)定水樣中亞甲基藍(lán)的吸光度。結(jié)果如圖1所示。結(jié)果表明，甘蔗渣吸附亞甲基藍(lán)的速度非常迅速，振蕩充分混合20min之后就基本趨于平衡，說(shuō)明將甘蔗渣用于實(shí)際染料廢水的吸附處理具有現(xiàn)實(shí)意義。

圖1 甘蔗渣吸附亞甲基藍(lán)的動(dòng)力學(xué)曲線

3.2 等溫吸附曲線

25℃時(shí)，用0.015g甘蔗渣吸附不同初始濃度的亞甲基藍(lán)溶液，吸附時(shí)間為120min，以保證吸附過(guò)程充分達(dá)到平衡。以溶液中亞甲基藍(lán)的平衡濃度（Ce）為橫坐標(biāo)，甘蔗渣上的吸附量（Q，mg/kg）為縱坐標(biāo)繪制等溫吸附曲線。如圖2所示。由圖可知，在初始濃度較低的時(shí)候，亞甲基藍(lán)在甘蔗渣上的吸附量呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)，是由于亞甲基藍(lán)初始濃度的增加而致使傳質(zhì)推動(dòng)力的增加因而亞甲基藍(lán)吸附量會(huì)隨之增加；而當(dāng)溶液中的平衡濃度達(dá)到4mg/L以上的時(shí)候，甘蔗渣上的吸附量開(kāi)始保持基本不變，表明當(dāng)初始亞甲基藍(lán)濃度增加到一定程度時(shí)吸收劑對(duì)其吸附達(dá)到飽和而致使吸附量不再增加[3]。等溫吸附曲線為非線性，其形狀基本符合Langmuir等溫吸附曲線。

圖2 甘蔗渣吸附亞甲基藍(lán)的等溫吸附曲線

3.3 吸附影響因素

3.3.1 甘蔗渣用量的影響

分別用不同量的甘蔗渣吸附處理20 mL含30mg/L亞甲基藍(lán)的模擬廢水樣品，如圖3所示。

圖3 甘蔗渣用量對(duì)亞甲基藍(lán)吸附去除的影響

結(jié)果表明，隨著甘蔗渣用量的上升，模擬廢水中亞甲基藍(lán)的去除率逐步增大，當(dāng)甘蔗渣用量達(dá)到0.02g（固液比為1:1000）后，亞甲基藍(lán)的去除率達(dá)到90%以上?？梢?jiàn)少量的吸附劑即可達(dá)到高效去除廢水中染料的目的。

3.3.2 溫度的影響

廢水的溫度會(huì)因廢水種類的不同或季節(jié)的差異有明顯的變化。因此，不同溫度下，在20mL含亞甲基藍(lán)濃度為30mg/L的模擬染料廢水中加入0.015g甘蔗渣進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，如圖4所示。

圖4 溫度對(duì)甘蔗渣吸附亞甲基藍(lán)的影響

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，甘蔗渣對(duì)亞甲基藍(lán)的去除率呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。表明甘蔗渣吸附亞甲基藍(lán)的過(guò)程是放熱過(guò)程，溫度的升高不利于吸附進(jìn)行。其他相關(guān)研究也表明，溫度是決定吸附進(jìn)行程度的重要因素[4,5]。因此，較低溫度時(shí)有利于甘蔗渣吸附去除亞甲基藍(lán)。

3.3.3 鹽度的影響

廢水的鹽度也會(huì)因廢水種類的不同而有差異，如有些化工廢水或染料廢水中鹽分的含量就相對(duì)較高。為了研究鹽度對(duì)甘蔗渣吸附亞甲基藍(lán)的影響，在不同鹽度下，在20mL含亞甲基藍(lán)濃度為30mg/L的模擬染料廢水中加入0.015g甘蔗渣進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，如圖5所示。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著鹽度的升高，甘蔗渣吸附去除亞甲基藍(lán)的效率也逐步下降。許多研究也探討過(guò)鹽度對(duì)污染物吸附的影響[6-8]，發(fā)現(xiàn)鹽度升高對(duì)重金屬等陽(yáng)離子污染物會(huì)有抑制作用。最大的可能是因?yàn)镹a+等金屬離子在吸附劑表面與陽(yáng)離子污染物形成競(jìng)爭(zhēng)，而亞甲基藍(lán)屬陽(yáng)離子染料，其在甘蔗渣上的吸附也會(huì)與Na+形成競(jìng)爭(zhēng)，從而降低其吸附效率。因此，低鹽度有利于甘蔗渣吸附去除亞甲基藍(lán)。

圖5 鹽度對(duì)甘蔗渣吸附亞甲基藍(lán)的影響

4. 結(jié)論

甘蔗渣能快速、高效地吸附去除廢水中的陽(yáng)離子染料亞甲基藍(lán)，合適的工藝條件下去除效率可高達(dá)90%以上。吸附劑的用量、廢水溫度和鹽度等都將影響吸附去除效率，其中合適的吸附劑用量、低溫低鹽度環(huán)境有利于亞甲基藍(lán)的去除。根據(jù)本研究結(jié)果，可以認(rèn)為甘蔗渣具有非常好的吸附去除廢水中染料的潛力，為進(jìn)一步開(kāi)拓甘蔗渣的利用途徑、開(kāi)發(fā)染料廢水預(yù)處理方法、實(shí)現(xiàn)以廢治廢提供了一條思路。

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注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。