竹炭對溶液中龍膽紫的吸附性能

閆宗蘭+尉震+莫德倫+呂麗娟+石軍

摘要：以竹炭為吸附劑，龍膽紫為水中污染物，考察吸附條件的改變對溶液脫色率的影響。結(jié)果表明，50mL溶液竹炭用量為25mg、龍膽紫濃度為25mg/L時(shí)，脫色率約為86%，脫色效果良好；最佳吸附時(shí)間為4h；在酸性條件下竹炭對龍膽紫的吸附效果較好，在堿性條件下吸附效果較差；竹炭對龍膽紫的吸附為吸熱反應(yīng)，在50℃條件下竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率約為93%。

關(guān)鍵詞：竹炭；龍膽紫；吸附性能；吸附條件；脫色率

中圖分類號：X52文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1002-1302（2014）11-0401-02

水是人類賴以生存和發(fā)展的主要資源之一，但隨著人類社會經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，水資源危機(jī)日益突出。這主要源于大量未經(jīng)處理或處理未達(dá)標(biāo)的工業(yè)廢水和城市污水直接排放到江河湖泊，導(dǎo)致水環(huán)境受到嚴(yán)重污染。水中的有害物質(zhì)包括大量的對人體有害的有機(jī)物、無機(jī)鹽等[1-3]，給人們的生產(chǎn)生活造成了嚴(yán)重威脅。如何有效去除水中的有害物質(zhì)、凈化水環(huán)境，已經(jīng)成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

竹炭是竹材熱解的產(chǎn)物。竹材生長快、繁殖能力強(qiáng)、容易更新，以竹材為原料生產(chǎn)的竹炭品質(zhì)高、細(xì)密多孔、比表面積大、吸附力強(qiáng)，是一種性能良好、有著廣闊發(fā)展空間的多功能材料[4-6]，近幾年竹炭在凈化水環(huán)境方面的研究和利用也日益受到人們的重視。龍膽紫為三苯甲烷系染料，具有抗菌、驅(qū)蟲作用，因此早年用作外用殺菌劑，其1%～2%溶液俗稱紫藥水，是人們所熟悉的外用藥。近年來國外醫(yī)學(xué)家對龍膽紫溶液進(jìn)行了細(xì)致的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它有極強(qiáng)的致癌性。本試驗(yàn)研究了不同條件下竹炭對龍膽紫溶液的吸附性能，以期為竹炭在水環(huán)境凈化處理中的應(yīng)用提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)儀器與試劑

722可見分光光度計(jì)（上?？茖W(xué)精密儀器有限公司）、電子天平、離心機(jī)、研缽粉碎機(jī)、pH試紙、比色管；竹炭、龍膽紫、鹽酸、氫氧化鈉。

1.2試驗(yàn)方法

竹炭的預(yù)處理：將竹炭研磨打碎，加入蒸餾水，在70℃條件下攪拌3h，以除去竹炭表面的殘留物，抽濾，120℃下烘干，篩選分級，目數(shù)控制在50～<100目、100～<200目、200～<300目、300目及以上，繼續(xù)烘干12h，置于干燥器中備用。

標(biāo)準(zhǔn)溶液配制：用電子天平準(zhǔn)確稱取固體藥品0.025g，用蒸餾水溶解，移至1000mL容量瓶中定容搖勻，即得到25mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：分別配制不同濃度（C）的標(biāo)準(zhǔn)溶液，在吸收波長578nm下測其吸光度D，進(jìn)行線性回歸后得龍膽紫標(biāo)準(zhǔn)曲線方程：

靜態(tài)吸附試驗(yàn)：配制一定濃度系列的標(biāo)準(zhǔn)溶液50mL，倒入100mL錐形瓶中，準(zhǔn)確加入一定量的活性炭，搖勻，置于室溫下靜態(tài)吸附一定時(shí)間后，離心過濾并取上層清液，用722可見分光光度計(jì)在比色波長處測吸光度，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線方程找出相對應(yīng)的濃度，根據(jù)以下公式計(jì)算出龍膽紫的脫色率：

式中：C0為配制的溶液濃度，Ce為吸附后的溶液濃度，P為脫色率。

2結(jié)果與分析

2.1竹炭粒徑對脫色率的影響

分別稱取25mg50～<100目、100～<200目、200～<300目及300目及以上的竹炭，置于50mL25mg/L的龍膽紫溶液中，振蕩吸附24h后，測其吸光度D，并計(jì)算出吸附后的溶液濃度及脫色率，結(jié)果見表1。

由表1可得，竹炭顆粒越小，脫色率越大，說明對龍膽紫溶液的吸附效果越好。這是因?yàn)橹裉款w粒越小，其比表面積越大，吸附容量也越大，吸附效果就越好。由于顆粒太小不方便分離，因此選用200～<300目的竹炭作為研究對象。

2.2竹炭用量對脫色率的影響

分別稱取10、15、20、25、30、35、40mg200～<300目的竹炭，置于50mL25mg/L的龍膽紫溶液中，振蕩吸附24h后，過濾，取濾液，測其吸光度，并計(jì)算出吸附后的溶液濃度及脫色率，結(jié)果見圖1。

從圖1可知，溶液中龍膽紫的脫色率隨著竹炭添加量的增加而逐漸增大，當(dāng)竹炭用量為25mg時(shí)，脫色率達(dá)到86%，脫色效果良好；此后隨著竹炭用量增大脫色率變化不大。這是因?yàn)樵陟o態(tài)吸附中，吸附效果與吸附劑和溶液的有效接觸面積有很大的關(guān)系。竹炭添加量較少時(shí)，竹炭顆粒能充分與溶液接觸；隨著竹炭添加量增大，溶液中竹炭層的有效面積增加相對較少，這樣竹炭與溶液的有效接觸面積增加也變小，因此當(dāng)竹炭添加量增大到一定值后，對溶液中龍膽紫的吸附效果也漸趨平穩(wěn)[3]。

2.3溶液濃度對脫色率的影響

稱取25mg200～<300目的竹炭，分別置于10、15、20、25、30、35mg/L的龍膽紫溶液中，振蕩吸附24h后，過濾，取濾液，測其吸光度，并計(jì)算出吸附后的溶液濃度及脫色率，結(jié)果見圖2。

由圖2可得，隨著溶液中龍膽紫濃度升高，竹炭脫色率也增大。當(dāng)濃度大于25mg/L時(shí)，脫色率達(dá)到85.5%，之后隨著溶液濃度升高，脫色率變化趨緩。這是因?yàn)楫?dāng)龍膽紫濃度較低時(shí)，雖然竹炭的比表面積較大，但是溶液中龍膽紫分子濃度小，被吸附到竹炭上的概率也低，因此脫色率并不高。隨著龍膽紫濃度升高，其與竹炭接觸的概率增大，被吸附的概率也增大，因此脫色率升高。隨著龍膽紫濃度繼續(xù)升高，吸附達(dá)到一定的平衡，因此脫色率的變化也趨于平穩(wěn)。

2.4吸附時(shí)間對脫色率的影響

稱取25mg200～<300目的竹炭，置于25mg/L的龍膽紫溶液中，振蕩吸附，隔1、2、4、8、12、24h后，過濾，取濾液，測其吸光度，并計(jì)算出吸附后的溶液濃度及脫色率，結(jié)果見圖3。

從圖3可以看出，在吸附的初始階段，竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率隨著時(shí)間延長而急劇上升。當(dāng)吸附時(shí)間超過4h后，脫色率變化變小，基本達(dá)到平衡。這是因?yàn)樵谖匠跗?，endprint

[FK（W11][TPYZL3.tif][FK）]

竹炭內(nèi)部孔徑較大，有較大的比表面積對龍膽紫進(jìn)行吸附，隨著時(shí)間推移，其對吸附質(zhì)的吸附逐漸達(dá)到了飽和狀態(tài)，吸附量減少，最終達(dá)到吸附平衡，脫色率保持穩(wěn)定。

2.5溶液pH值對脫色率的影響

稱取25mg200～<300目的竹炭，置于pH值分別為2、3、4、5、6、7、8、9、10、11的25mg/L的龍膽紫溶液中，振蕩吸附24h后，過濾，取濾液，測其吸光度，并計(jì)算吸附后的溶液濃度及脫色率，結(jié)果見圖4。

由圖4可得，隨著龍膽紫溶液pH值增大，脫色率逐漸減小，說明在酸性條件下竹炭對龍膽紫的吸附效果較好，在堿性條件下吸附效果較差。這是因?yàn)辇埬懽现械陌被ā狽H2）在酸性溶液中易與H+結(jié)合形成陽離子—NH+3，從而容易與竹炭表面由于燒結(jié)而形成的缺陷和不飽和價(jià)形成化學(xué)鍵，在一定程度上促進(jìn)了竹炭的吸附。

2.6溫度對脫色率的影響

稱取25mg200～<300目的竹炭，置于25mg/L的龍膽紫溶液中，分別于20、30、40、50、60、70℃振蕩吸附24h后，過濾，取濾液，測其吸光度，并計(jì)算出吸附后的溶液濃度及脫色率，結(jié)果見圖5。

從圖5可以看出，竹炭對龍膽紫溶液的脫色率隨著溫度升高而逐漸增大，表明吸附是吸熱過程。在50℃時(shí)竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率達(dá)到約93%，之后隨著溫度繼續(xù)升高脫色率變化趨緩。這是因?yàn)闇囟壬呷芤褐旋埬懽戏肿佑捎谑軣峋哂休^大的動能，可以促進(jìn)其進(jìn)入到竹炭孔徑中，吸附在竹炭表面，隨著溫度升高，在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)吸附達(dá)到相對平衡，因此脫色率也漸趨平穩(wěn)。

3結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)50mL溶液竹炭用量為25mg、龍膽紫濃度為25mg/L時(shí)，脫色率約為86%，脫色效果良好；最佳吸附時(shí)間為4h；在酸性條件下竹炭對龍膽紫的吸附效果較好，在堿性條件下吸附效果較差；竹炭對龍膽紫的吸附為吸熱反應(yīng)，在50℃竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率達(dá)到約93%。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜立軍，沙中瑛，孫金峰，等.PAN原絲沸水收縮率影響因素的探討[J].合成纖維工業(yè)，2006，29（4）：38-39，42.

[2]朱仙弟，梁華定，閆華，等.竹炭對堿性品紅的吸附性能研究[J].應(yīng)用化工，2008，37（10）：1135-1137.

[3]徐亦鋼，石利利.竹炭對2，4-二氯苯酚的吸附特性及影響因素研究[J].農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，2002，18（1）：35-37.

[4]張東升，江澤慧，任海青，等.竹炭微觀構(gòu)造形貌表征[J].竹子研究匯刊，2006，25（4）：1-8.

[5]姜樹海，張齊生，蔣身學(xué).竹炭材料的有效利用理論與應(yīng)用研究進(jìn)展[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，30（4）：53-56.

[6]MizutaK，MatsumotoT，HatateY，etal.Removalofnitrate-nitrogenfromdrinkingwaterusingbamboopowdercharcoal[J].BioresourceTechnology，2004，95（3）：255-257.endprint

[FK（W11][TPYZL3.tif][FK）]

竹炭內(nèi)部孔徑較大，有較大的比表面積對龍膽紫進(jìn)行吸附，隨著時(shí)間推移，其對吸附質(zhì)的吸附逐漸達(dá)到了飽和狀態(tài)，吸附量減少，最終達(dá)到吸附平衡，脫色率保持穩(wěn)定。

2.5溶液pH值對脫色率的影響

稱取25mg200～<300目的竹炭，置于pH值分別為2、3、4、5、6、7、8、9、10、11的25mg/L的龍膽紫溶液中，振蕩吸附24h后，過濾，取濾液，測其吸光度，并計(jì)算吸附后的溶液濃度及脫色率，結(jié)果見圖4。

由圖4可得，隨著龍膽紫溶液pH值增大，脫色率逐漸減小，說明在酸性條件下竹炭對龍膽紫的吸附效果較好，在堿性條件下吸附效果較差。這是因?yàn)辇埬懽现械陌被ā狽H2）在酸性溶液中易與H+結(jié)合形成陽離子—NH+3，從而容易與竹炭表面由于燒結(jié)而形成的缺陷和不飽和價(jià)形成化學(xué)鍵，在一定程度上促進(jìn)了竹炭的吸附。

2.6溫度對脫色率的影響

稱取25mg200～<300目的竹炭，置于25mg/L的龍膽紫溶液中，分別于20、30、40、50、60、70℃振蕩吸附24h后，過濾，取濾液，測其吸光度，并計(jì)算出吸附后的溶液濃度及脫色率，結(jié)果見圖5。

從圖5可以看出，竹炭對龍膽紫溶液的脫色率隨著溫度升高而逐漸增大，表明吸附是吸熱過程。在50℃時(shí)竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率達(dá)到約93%，之后隨著溫度繼續(xù)升高脫色率變化趨緩。這是因?yàn)闇囟壬呷芤褐旋埬懽戏肿佑捎谑軣峋哂休^大的動能，可以促進(jìn)其進(jìn)入到竹炭孔徑中，吸附在竹炭表面，隨著溫度升高，在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)吸附達(dá)到相對平衡，因此脫色率也漸趨平穩(wěn)。

3結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)50mL溶液竹炭用量為25mg、龍膽紫濃度為25mg/L時(shí)，脫色率約為86%，脫色效果良好；最佳吸附時(shí)間為4h；在酸性條件下竹炭對龍膽紫的吸附效果較好，在堿性條件下吸附效果較差；竹炭對龍膽紫的吸附為吸熱反應(yīng)，在50℃竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率達(dá)到約93%。

參考文獻(xiàn)：

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[6]MizutaK，MatsumotoT，HatateY，etal.Removalofnitrate-nitrogenfromdrinkingwaterusingbamboopowdercharcoal[J].BioresourceTechnology，2004，95（3）：255-257.endprint

[FK（W11][TPYZL3.tif][FK）]

竹炭內(nèi)部孔徑較大，有較大的比表面積對龍膽紫進(jìn)行吸附，隨著時(shí)間推移，其對吸附質(zhì)的吸附逐漸達(dá)到了飽和狀態(tài)，吸附量減少，最終達(dá)到吸附平衡，脫色率保持穩(wěn)定。

2.5溶液pH值對脫色率的影響

稱取25mg200～<300目的竹炭，置于pH值分別為2、3、4、5、6、7、8、9、10、11的25mg/L的龍膽紫溶液中，振蕩吸附24h后，過濾，取濾液，測其吸光度，并計(jì)算吸附后的溶液濃度及脫色率，結(jié)果見圖4。

由圖4可得，隨著龍膽紫溶液pH值增大，脫色率逐漸減小，說明在酸性條件下竹炭對龍膽紫的吸附效果較好，在堿性條件下吸附效果較差。這是因?yàn)辇埬懽现械陌被ā狽H2）在酸性溶液中易與H+結(jié)合形成陽離子—NH+3，從而容易與竹炭表面由于燒結(jié)而形成的缺陷和不飽和價(jià)形成化學(xué)鍵，在一定程度上促進(jìn)了竹炭的吸附。

2.6溫度對脫色率的影響

稱取25mg200～<300目的竹炭，置于25mg/L的龍膽紫溶液中，分別于20、30、40、50、60、70℃振蕩吸附24h后，過濾，取濾液，測其吸光度，并計(jì)算出吸附后的溶液濃度及脫色率，結(jié)果見圖5。

從圖5可以看出，竹炭對龍膽紫溶液的脫色率隨著溫度升高而逐漸增大，表明吸附是吸熱過程。在50℃時(shí)竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率達(dá)到約93%，之后隨著溫度繼續(xù)升高脫色率變化趨緩。這是因?yàn)闇囟壬呷芤褐旋埬懽戏肿佑捎谑軣峋哂休^大的動能，可以促進(jìn)其進(jìn)入到竹炭孔徑中，吸附在竹炭表面，隨著溫度升高，在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)吸附達(dá)到相對平衡，因此脫色率也漸趨平穩(wěn)。

3結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)50mL溶液竹炭用量為25mg、龍膽紫濃度為25mg/L時(shí)，脫色率約為86%，脫色效果良好；最佳吸附時(shí)間為4h；在酸性條件下竹炭對龍膽紫的吸附效果較好，在堿性條件下吸附效果較差；竹炭對龍膽紫的吸附為吸熱反應(yīng)，在50℃竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率達(dá)到約93%。

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[4]張東升，江澤慧，任海青，等.竹炭微觀構(gòu)造形貌表征[J].竹子研究匯刊，2006，25（4）：1-8.

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[6]MizutaK，MatsumotoT，HatateY，etal.Removalofnitrate-nitrogenfromdrinkingwaterusingbamboopowdercharcoal[J].BioresourceTechnology，2004，95（3）：255-257.endprint