香樟葉對(duì)印染廢水處理的可行性研究

郭耀(南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院，江西 南昌 330031)

印染行業(yè)是典型的高耗水產(chǎn)業(yè)每年需消耗近億噸的工藝用軟化水。印染廢水來(lái)源及污染物成分十分復(fù)雜，主要含有染料、料漿、染色助劑及纖維雜質(zhì)、油劑、酸、堿及無(wú)機(jī)鹽等，而且具有排放量大、色度高、堿度大、生物難降解物多及多變化的特點(diǎn)，被公認(rèn)為是最難治理的主要有害廢水之一,直接排放對(duì)人類(lèi)健康和生存環(huán)境帶來(lái)極大危害，甚至導(dǎo)致水體生態(tài)系統(tǒng)的破壞。染料廢水中含多種具有生物毒性或三致性能的有機(jī)物，可能造成水生生物群落的毀壞。[1]染料的降解產(chǎn)物多為聯(lián)苯胺等一些致癌的芳香類(lèi)化合物。因此，印染廢水的有效治理對(duì)人類(lèi)健康和環(huán)境保護(hù)都有著重要的積極意義。

利用天然植物材料作為吸附劑來(lái)對(duì)印染廢水進(jìn)行處理，其具有廉價(jià)、高效、因地制宜等優(yōu)點(diǎn)。以南昌為例，城市落葉主要采用焚燒或掩埋的低效、非環(huán)保手段，并沒(méi)有對(duì)其價(jià)值充分利用，反而會(huì)造成大氣污染。若將香樟葉作為吸附劑進(jìn)行利用，一方面可以降低印染廢水處理的成本，另一方面也一定程度上避免了大氣污染。在倡導(dǎo)科學(xué)發(fā)展、生態(tài)文明理念的背景下，利用落葉作為吸附劑處理廢水具有廣闊的發(fā)展前景。

1 印染廢水常用吸附方法

活性炭是最早應(yīng)用也是迄今為止最優(yōu)良的脫色吸附劑，通常由木材、秸稈等含碳物質(zhì)經(jīng)高溫碳化和活化而得到?；钚蕴恐饕怯商荚亟M成碳六環(huán)的堆積，由于排列不規(guī)律性的碳六環(huán)使活性炭具有多微孔及比表面積大的特征，使之成為應(yīng)用最早也是迄今為止最為優(yōu)良的吸附材料。[2]采用活性炭可以有效去除廢水中的活性染料、堿性染料、偶氮染料。活性炭對(duì)多種染料具有良好的吸附性能，尤其對(duì)溶解性的有機(jī)物具有優(yōu)良的吸附效果。

樹(shù)脂吸附劑是在甲苯等有機(jī)溶劑存在下，由苯乙烯和二乙烯苯等單體通過(guò)懸浮共聚法制得的魚(yú)籽樣的小圓球。近年來(lái)，隨著離子交換樹(shù)脂、吸附樹(shù)脂和復(fù)合功能樹(shù)脂結(jié)構(gòu)的成功改良，樹(shù)脂吸附法在化工廢水的治理與資源化過(guò)程中起到了重要的作用。[3]在染料廢水處理方面，有研究專(zhuān)家針對(duì)染料廢水合成了具有不同物理化學(xué)特性的樹(shù)脂，在對(duì)印染廢水的處理中取得了較好的效果。

這些常用的吸附方法在對(duì)印染廢水處理中都具有明顯的吸附效果，但共同點(diǎn)就是都具有較高的成本。而且活性炭吸附脫色技術(shù)不適合印染廢水一級(jí)處理，只能用于深度脫色處理，活性再生困難。[4]對(duì)于一些中小企業(yè)來(lái)說(shuō)，他們很可能不愿意花費(fèi)這些資金來(lái)處理廢水，只會(huì)對(duì)廢水進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理，將大量的廢水不完全處理排到河中，由于這些染料不易分解，將會(huì)嚴(yán)重影響環(huán)境。

2 香樟葉吸附的說(shuō)明

2.1 研究香樟葉吸附的意義

在南昌，香樟樹(shù)是道路主干道上、公園和學(xué)校的主要綠化樹(shù)木。與其他常見(jiàn)的綠化樹(shù)木不同，香樟樹(shù)實(shí)在春季落葉，大量樹(shù)葉落在街上，多作為廢棄物焚燒掉，很少應(yīng)用于工業(yè)中。

在現(xiàn)有的對(duì)香樟葉的研究中，大多都考慮其的藥用價(jià)值，但是對(duì)于香樟樹(shù)落葉的價(jià)值的相關(guān)研究幾乎為零。由于香樟樹(shù)在南昌數(shù)量眾多，根據(jù)相關(guān)調(diào)查，僅在南昌的行道樹(shù)中，樟樹(shù)占69%以上。則在春季時(shí)，也將會(huì)有相當(dāng)大數(shù)量的落葉。通過(guò)對(duì)香樟葉進(jìn)行加工，解決印染廠污水凈化問(wèn)題，同時(shí)解決樹(shù)葉垃圾影響市容的問(wèn)題。一方面可以解決環(huán)境污染問(wèn)題，另一方面也可以取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 香樟葉的吸附機(jī)理

香樟樹(shù)葉和其它植物材料一樣，富含木質(zhì)素、纖維素、半纖維素和硅等成分以及羧基、羥基、氨基等官能團(tuán)，它們能結(jié)合染料離子，使得吸附過(guò)程變?yōu)榭赡?。一些學(xué)者曾采用植物落葉來(lái)去除溶液中的重金屬離子，但是，采用香樟樹(shù)葉作為吸附劑去處染料廢水的報(bào)道并不多，因此可以考慮用香樟樹(shù)葉作為廉價(jià)吸附劑，用于去除水體中的染料。

在香樟葉的成分中，木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的含量占大多數(shù)，同時(shí)也是發(fā)揮吸附作用的主力軍。

木質(zhì)素是構(gòu)成植物細(xì)胞壁的成分之一，具有使細(xì)胞相連的作用。木質(zhì)素是由松柏醇、芥子醇、對(duì)-香豆醇3種基本類(lèi)型的苯丙烷單體結(jié)構(gòu)單元，通過(guò)各種無(wú)規(guī)則交聯(lián)而產(chǎn)生的一類(lèi)三維空間結(jié)構(gòu)的大分子高聚物。[5]由于木質(zhì)素分子結(jié)構(gòu)單元中存在著芳香基、酚羥基、醇羥基、羰基、甲氧基、羧基、共軛雙鍵等眾多活性基團(tuán)，使其對(duì)某些金屬離子、染料等具有潛在的吸附能力。[6]

纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖，維素是世界上最豐富的天然有機(jī)物，占植物界碳含量的50%以上。由于纖維素是一種纖維狀多毛細(xì)管的立體規(guī)整性高分子聚合物，具有多孔和比表面積大的特性，且分子內(nèi)含有許多親水性羥基，因此對(duì)有機(jī)小分子及重金屬離子具有一定的吸附性能。[7]

半纖維素是一類(lèi)物質(zhì)的總稱(chēng)，它是由D-木糖、L一阿拉伯糖等多種類(lèi)型的五碳糖和六碳糖構(gòu)成的異質(zhì)多聚體。半纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特性，一般具有分枝與無(wú)定形構(gòu)成的多種不同單糖和諸如羥基、甲氧基、羧基等不同的官能團(tuán)。[8]因此其對(duì)某些無(wú)機(jī)金屬離子、有機(jī)化合物等也具有潛在的吸附能力。

3 機(jī)理的可行性驗(yàn)證

3.1 實(shí)驗(yàn)原理

本實(shí)驗(yàn)用印染廠常用染料亞甲基藍(lán)作為吸附質(zhì)，對(duì)香樟葉的吸附情況進(jìn)行探究。共進(jìn)行兩部實(shí)驗(yàn)：

第一步，取不同質(zhì)量質(zhì)量的制備好的香樟葉，分別置于已加入相同濃度的亞甲基藍(lán)溶液錐形瓶，振蕩一定時(shí)間后，測(cè)定吸附后溶液中的亞甲基藍(lán)濃度。分析可得出不同用量的香樟葉對(duì)一定濃度的亞甲基藍(lán)溶液的吸附情況。

第二步，取相同質(zhì)量質(zhì)量的制備好的香樟葉，分別置于已加入相同濃度的亞甲基藍(lán)溶液錐形瓶，進(jìn)行振蕩，在不同時(shí)間點(diǎn)對(duì)溶液中的亞甲基藍(lán)濃度進(jìn)行測(cè)定。分析可得出等量香樟葉在不同吸附時(shí)間對(duì)一定濃度的亞甲基藍(lán)溶液的吸附情況。

事業(yè)單位與一般企業(yè)有著較大的區(qū)別，事業(yè)單位在財(cái)務(wù)管理工作的重點(diǎn)上，更加側(cè)重于增強(qiáng)財(cái)務(wù)管理的規(guī)范性制度性，提升各項(xiàng)財(cái)政資金的使用效益，因而對(duì)于財(cái)務(wù)管理有著更高的要求。改進(jìn)財(cái)務(wù)管理，其重要意義主要體現(xiàn)在以下幾方面：

實(shí)驗(yàn)中吸附量q、去除率p分別按下式計(jì)算：

其中，q為每克香樟葉吸附劑吸附亞甲基藍(lán)的吸附量(mg?g-1)；c0為亞甲基藍(lán)初始濃度(mg?L-1)；ci為某測(cè)定時(shí)亞甲基藍(lán)濃度(mg?L-1)；V為溶液體積(mL)；m為香樟葉吸附劑的質(zhì)量(g)；p為染料去除率(%)。[9]

3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.2.1 實(shí)驗(yàn)器材

香樟葉、蒸餾水、70mg?L-1的亞甲基藍(lán)、500mL錐形瓶×5、滴管、天平、玻璃棒、藥匙、燒杯、量筒、亞甲基藍(lán)、恒溫振蕩器、離心機(jī)等。所用試劑均為分析純。

3.2.2 香樟吸附劑的制備

香樟葉用清水清洗數(shù)次，除去灰塵和溶于水的物質(zhì)，香樟葉用蒸餾水洗若干次直至洗出液無(wú)顏色為止,放于烘箱中在不高于60℃下烘干。將烘干后的香樟葉用研缽研磨，然后用篩子篩取合適的顆粒。最后，將得到的香樟葉顆粒保存在一個(gè)干燥器中直到使用。[10-11]

3.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)一：香樟葉顆粒用量對(duì)吸附的影響探究

取5份70mg?L-1的亞甲基藍(lán)溶液各200mL，分別加入5個(gè)已編號(hào)的錐形瓶中。同時(shí)向5個(gè)錐形瓶中分別加入0.2g、0.4g、0.6g、0.8g、1.0g的香樟葉顆粒。然后在恒溫振蕩器中振蕩60min鐘（調(diào)至25攝氏度）。振蕩完畢后取出錐形瓶，測(cè)量吸附后飛亞甲基藍(lán)溶液的濃度。記錄數(shù)據(jù)并畫(huà)出坐標(biāo)圖進(jìn)行分析。

實(shí)驗(yàn)二：吸附時(shí)間對(duì)香樟葉顆粒吸附的影響探究

取3份70mg?L-1的亞甲基藍(lán)溶液各200mL，分別加入5個(gè)已編號(hào)的錐形瓶中。同時(shí)向3個(gè)錐形瓶中各加入0.4g香樟葉顆粒。將錐形瓶放入恒溫振蕩器中，調(diào)至25攝氏度。選取一些不同的時(shí)間點(diǎn)用紫外吸收分光光度計(jì)測(cè)量亞甲基藍(lán)溶液的濃度。記錄數(shù)據(jù)并畫(huà)出坐標(biāo)圖進(jìn)行分析。[10-13]

3.3 結(jié)果分析

3.3.1 香樟葉顆粒用量對(duì)吸附的影響探究結(jié)果分析

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制坐標(biāo)圖如下：

圖1 香樟葉顆粒用量對(duì)亞甲基藍(lán)吸附的影響

圖1為香樟葉顆粒用量對(duì)亞甲基藍(lán)吸附的影響。由圖1可以看出，隨著香樟葉顆粒用量m的增加,吸附率有69%左右上升到92%左右，這可以說(shuō)明香樟葉顆粒用量越大，在60min達(dá)到的吸附率越高，則相應(yīng)的吸附速度越快；這是由于香樟葉顆粒用量越多，吸附表面積越大，活性位點(diǎn)越多，故吸附速度越快。但是，每克香樟葉吸附劑吸附亞甲基藍(lán)的吸附量q卻隨著香樟葉顆粒用量m的增加而由48mg?g-1左右降至13mg?g-1左右，則表明香樟葉顆粒用量越大，在60min時(shí)，香樟葉吸附劑單位吸附量越小。

因此，綜合考慮吸附效率個(gè)單位吸附量，在香樟葉顆粒用量為0.4g時(shí)效果較佳。即香樟葉顆粒吸附劑濃度為2mg?L-1時(shí)，效果較佳。

3.3.2 吸附時(shí)間對(duì)香樟葉顆粒吸附的影響探究結(jié)果分析

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制坐標(biāo)圖如下：

圖2 吸附時(shí)間對(duì)香樟葉顆粒吸附亞甲基藍(lán)溶液的影響

圖2為吸附時(shí)間對(duì)香樟葉顆粒吸附亞甲基藍(lán)溶液的影響。由圖2可以看出，香樟葉對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附可分為兩個(gè)階段。其中前60min為快速吸附階段，而60min以后為慢速吸附階段。吸附作用剛開(kāi)始，香樟葉對(duì)亞甲基藍(lán)吸附速度很快，60 min時(shí)吸附基本達(dá)到平衡，香樟葉的單位吸附量為30.3mg?g-1，吸附率約為85%；在慢速吸附階段，從60min開(kāi)始到240min時(shí)，單位吸附量?jī)H增加到33.4 mg?L-1左右，吸附率增加到95.5%左右。

因此，綜合考慮吸附量、吸附效率和吸附時(shí)間，吸附時(shí)間控制在60min-120min較為合適，此時(shí)吸附量和吸附效率已經(jīng)較高。

4 結(jié)語(yǔ)

如何經(jīng)濟(jì)高效地去除印染廢水中的染料，對(duì)凈化水資源和護(hù)水環(huán)境具有重要意義。對(duì)生物吸附法的探尋以及相關(guān)機(jī)理的研究，是今后努力的方向和目標(biāo)。本文從印染廢水處理的意義以及常用吸附方法入手，通過(guò)對(duì)香樟葉對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附進(jìn)行探究，實(shí)驗(yàn)分析得出香樟葉對(duì)亞甲基藍(lán)具有較好的吸附能力，是較為理想的生物吸附劑。本實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行為以后香樟葉應(yīng)用于實(shí)際的廢水中染料的去除提供理論數(shù)據(jù)參考。由于知識(shí)和器材的局限，本論文對(duì)香樟葉吸附亞甲基藍(lán)的研究還不夠全面，而且對(duì)香樟葉去除其它染料以及水中其他污染物都沒(méi)有提及，對(duì)香樟葉吸附更深層次的研究和探討仍需努力。

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