二甲基二烯丙基氯化銨-鎂鹽改性甘蔗渣對染料廢水脫色研究

范宇睿，吳靈珠，蔡依辛，鄒　露，伍　鈞（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，成都 611130）

二甲基二烯丙基氯化銨-鎂鹽改性甘蔗渣對染料廢水脫色研究

范宇睿，吳靈珠，蔡依辛，鄒露，伍鈞*
（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，成都 611130）

為研究改性甘蔗渣在處理印染廢水脫色中的實(shí)際效果，以剛果紅和亞甲基藍(lán)模擬廢水為研究對象，探討了二甲基二烯丙基氯化銨（DMDAAC）-鎂鹽改性甘蔗渣在吸附劑不同投加量、pH值、反應(yīng)時(shí)間、初始染料濃度、溫度等實(shí)驗(yàn)條件下對剛果紅和亞甲基藍(lán)的吸附脫色效果。結(jié)果表明，DMDAAC-Mg2+改性甘蔗渣對溶液中剛果紅和亞甲基藍(lán)均具有良好的脫色作用。吸附劑投加量、pH、反應(yīng)時(shí)間是影響改性甘蔗渣脫色性能的主要因素。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，DMDAAC-Mg2+改性甘蔗渣對剛果紅和亞甲基藍(lán)脫色率分別達(dá)到97.96%和91.89%，在相同脫色條件下，與單因素改性甘蔗渣及原材料相比，DMDAAC-Mg2+改性甘蔗渣脫色效果最佳。

甘蔗渣；改性；染料；脫色；二甲基二烯丙基氯化銨（DMDAAC）

范宇睿，吳靈珠，蔡依辛，等.二甲基二烯丙基氯化銨-鎂鹽改性甘蔗渣對染料廢水脫色研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（8）：1580-1586.

FAN Yu-rui，WU Ling-zhu，CAI Yi-xin，et al.A research on dyeing wastewater decoloration by DMDAAC-Mg2+salts modified bagasse［J］.Journal of Agro-Environment Science，2016，35（8）：1580-1586.

甘蔗渣是制糖工業(yè)的主要副產(chǎn)品，是一種重要的可再生生物質(zhì)資源。我國是僅次于巴西和印度的第三甘蔗種植大國［1］，每生產(chǎn)1 t蔗糖就會(huì)產(chǎn)生約1 t蔗渣。目前，我國制糖和乙醇工業(yè)中產(chǎn)生大量的甘蔗渣，大多用作燃料或作為廢棄物被拋棄，資源的利用率較低，是一種有待開發(fā)利用的資源。Orlando等［2-3］研究表明甘蔗渣中約含有45%的纖維素、28%的半纖維素和18%的木質(zhì)素以及大量的羥基和酚基。

我國是染料生產(chǎn)和使用大國［4］，大量未經(jīng)處理的染料廢水直接排放，嚴(yán)重污染了環(huán)境，其治理迫在眉睫，研發(fā)高效的染料廢水處理技術(shù)愈顯重要。大量研究表明，吸附脫色是目前處理印染廢水最經(jīng)濟(jì)有效的方法。安世杰等［5］研究表明用甘蔗渣對亮黃和亮紅染料廢水的吸附脫色率可分別達(dá)到80%和70%；熊佰煉等［6］研究表明改性甘蔗渣能有效吸附廢水中低濃度Cd2+和Cr3+；魏勝華等［7］研究表明通過磷酸改性的甘蔗渣是一種良好的酸性染料生物吸附劑。

甘蔗渣的改性方法主要包括生成纖維素酯類、纖維素醚類及改性纖維素的接枝共聚三種方法［8］。本研究以經(jīng)二甲基二烯丙基氯化銨（DMDAAC）和鎂鹽聯(lián)合改性后得到的改性甘蔗渣為吸附劑，探討了投加量、pH值、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、初始染料濃度對改性甘蔗渣對剛果紅和亞甲基藍(lán)兩種染料廢水的脫色效果的影響，并對影響改性甘蔗渣對染料脫色的主要因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，同時(shí)對比DMDAAC-鎂鹽改性甘蔗渣與其他單因素改性甘蔗渣及原材料對剛果紅和亞甲基藍(lán)染料廢水的脫色率。旨在提高改性甘蔗渣的吸附脫色性能，為印染廢水的有效脫色處理提供一定的理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1主要試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)材料：甘蔗渣來源于成都某制糖廠。剛果紅、亞甲基藍(lán)（最大吸收波長分別為490 nm和664 nm，其分子式、分子結(jié)構(gòu)式見表1）以及NaOH、30%H2O2、二甲基二烯丙基氯化銨（DMDAAC）、硫酸鎂等試劑（均為分析純）。

實(shí)驗(yàn)儀器：電子分析天平（精度0.000 1 g，上海精密科學(xué)儀器有限公司）；可見光分光光度計(jì)（UNICOWFJ7200，尤尼柯上海有限公司）；磁力加熱攪拌器（上海越眾儀器設(shè)備有限公司）；低速離心機(jī)（SC-3616，北京時(shí)代北利離心機(jī)有限公司）；pH計(jì)（PHS-3C，上海雷磁）。

1.2模擬染料廢水配制

將剛果紅、亞甲基藍(lán)配成濃度為50 mg·L-1的溶液貯存，待用。

表1　染料分子結(jié)構(gòu)式Table 1 Structure of dyes

1.3甘蔗渣的預(yù)處理

將甘蔗渣洗凈后，切成3～5 cm的小段于100℃烘箱烘干，粉碎，過40目篩。稱取10 g甘蔗渣粉末于500 mL燒杯中，同時(shí)添加350 mL濃度為10%的NaOH溶液和50mL濃度為3%H2O2溶液，于80～85℃的水浴環(huán)境下充分?jǐn)嚢? h，用蒸餾水將甘蔗渣洗至中性后抽濾，烘干，即得預(yù)處理甘蔗渣。

1.4改性甘蔗渣的制備

將預(yù)處理甘蔗渣與DMDAAC、硫酸鎂按照質(zhì)量比為1∶1∶1的比例于燒杯中混合均勻，添加適量蒸餾水，調(diào)控體系pH為中性，置于60～65℃、攪拌速度為200 r·min-1的磁力加熱攪拌器上改性反應(yīng)2 h后，用蒸餾水沖洗至中性，抽濾，烘干，即得改性甘蔗渣。

1.5改性甘蔗渣對染料廢水的脫色研究

向濃度為50 mg·L-1的剛果紅和亞甲基藍(lán)染料廢水中投加一定量改性甘蔗渣，控制脫色條件，待反應(yīng)結(jié)束后離心，測定上清液吸光度，采用下式計(jì)算改性甘蔗渣對染料的脫色率：

脫色率=1-（A/A0）×100%

式中：A0和A分別為吸附前后模擬染料廢水的吸光度。1.5.1單因素實(shí)驗(yàn)

選取改性甘蔗渣投加量、廢水pH值、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、初始染料濃度進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，研究各因素對改性甘蔗渣脫色性能的影響并篩選出主要影響因素。

（1）投加量：控制反應(yīng)時(shí)間120 min，反應(yīng)溫度25℃，初始染料濃度50 mg·L-1，pH=7.00；設(shè)置改性甘蔗渣投加量梯度為0.10.2、0.3、0.4、0.5 g。

（2）廢水pH值：控制投加量0.4 g，反應(yīng)時(shí)間120 min，反應(yīng)溫度25℃，初始染料濃度50 mg·L-1；設(shè)置pH值梯度為3.00、5.00、7.00、9.00、11.00。

（3）反應(yīng)時(shí)間：控制投加量0.4 g，反應(yīng)溫度25℃，初始染料濃度50 mg·L-1，pH=7.00，設(shè)置反應(yīng)時(shí)間梯度為15、30、45、60、90、120、150 min。

（4）反應(yīng)溫度：控制投加量0.4 g，反應(yīng)時(shí)間120 min，初始染料濃度50 mg·L-1，pH=7.00；設(shè)置反應(yīng)溫度梯度為15、20、25、30、35、40℃。

（5）初始染料濃度：控制投加量0.4 g，反應(yīng)時(shí)間120 min，反應(yīng)溫度25℃，pH=7.00；設(shè)置初始染料濃度為50、100、200、300、400、500 mg·L-1。

1.5.2正交實(shí)驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上得出影響改性甘蔗渣脫色效率的主要因素，進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化改性甘蔗渣對不同染料的脫色反應(yīng)條件。

1.6不同吸附劑對染料脫色效果對比實(shí)驗(yàn)

在正交實(shí)驗(yàn)得到的染料廢水最佳脫色處理?xiàng)l件下，將改性甘蔗渣與制備原料（甘蔗渣）、預(yù)處理甘蔗渣、DMDAAC單獨(dú)改性甘蔗渣、鎂鹽單獨(dú)改性甘蔗渣、DMDAAC以及硫酸鎂同時(shí)用于處理剛果紅和亞甲基藍(lán)模擬染料廢水，對比幾種吸附劑對模擬染料廢水的脫色率。

2　結(jié)果與討論

2.1改性甘蔗渣對剛果紅和亞甲基藍(lán)脫色的單因素實(shí)驗(yàn)

改性甘蔗渣對剛果紅和亞甲基藍(lán)脫色的單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1—圖5所示。

由圖1可知，當(dāng)投加量從0.1 g增加到0.4 g時(shí)，吸附劑對剛果紅和亞甲基藍(lán)脫色率隨其投加量的增加呈現(xiàn)先急劇上升后趨于平緩的趨勢。出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因可能為投加量的增加，增大了改性甘蔗渣與染料分子的接觸位點(diǎn)和接觸面積，從而提高了染料廢水的脫色率［9］，可見吸附劑用量對兩種染料脫色率存在較大影響。當(dāng)吸附劑用量為0.4 g時(shí)，吸附基本達(dá)到平衡，再增加吸附劑用量脫色率變化很小。從脫色效率與經(jīng)濟(jì)效益兩方面考慮，處理50 mL濃度為50 mg·L-1的染料廢水，吸附劑的經(jīng)濟(jì)用量為0.4～0.5 g。

圖1　投加量對改性甘蔗渣脫色性能的影響Figure 1 Effect of dosage on decolorizing performance of modified bagasse

圖2　pH對改性甘蔗渣脫色性能的影響Figure 2 Effect of pH on decolorizing performance of modified bagasse

圖3　反應(yīng)時(shí)間對改性甘蔗渣脫色性能的影響Figure 3 Effect of reaction time on decolorizing performance of modified bagasse

圖4　反應(yīng)溫度對改性甘蔗渣脫色性能的影響Figure 4 Effect of temperature on decolorizing performance of modified bagasse

圖5　初始染料濃度對改性甘蔗渣脫色性能的影響Figure 5 Effect of initial concentration of dye on decolorizing performance of modified bagasse

由圖2可知，pH值是影響不同染料廢水脫色的重要因素。pH值對剛果紅的影響不大，在酸性、中性、堿性環(huán)境下均有較高的吸附率，當(dāng)pH值為7～9時(shí)，吸附率均在97%左右，且在pH值為9時(shí)達(dá)到最大（97.84%）；pH值對亞甲基藍(lán)的吸附影響較為明顯，脫色率從pH值為3時(shí)的29.31%增加到pH值為7時(shí)的92.56%。其原因在于改性甘蔗渣對不同染料存在不同的吸附機(jī)理。剛果紅和亞甲基藍(lán)分屬于陰離子染料和陽離子染料，在酸性和中性條件下，改性甘蔗渣對剛果紅的吸附主要是電中和作用以及物理吸附，由于在此條件下染料廢水中存在的大量H+，與帶負(fù)電荷的剛果紅陰離子存在電中和作用；而在堿性條件下，改性甘蔗渣對剛果紅的吸附主要是氫氧化鎂的絮凝沉淀作用，隨著堿性程度的增大，過多負(fù)的電荷富集，電中和作用逐漸減弱，故整體的吸附率降低。而改性甘蔗渣對亞甲基藍(lán)的吸附率較剛果紅低的原因在于，酸性、中性條件下改性甘蔗渣對亞甲基藍(lán)的吸附主要是較弱的物理吸附作用，幾乎不存在電中和作用，但隨著堿性程度的加大，甘蔗渣上的吸附基團(tuán)不斷地富集負(fù)電荷，為吸附亞甲基藍(lán)提供了眾多的帶電吸附點(diǎn)位，使甘蔗渣對亞甲基藍(lán)的吸附量隨之增大［10］，再加上氫氧化鎂的化學(xué)吸附作用不斷增強(qiáng)，故在堿性條件下吸附率逐漸上升。

由圖3可知，在45 min左右，剛果紅的脫色率達(dá)到最大（97.89%），隨后曲線呈下降趨勢，在120 min左右趨于平緩。在15～60 min之間，亞甲基藍(lán)曲線呈上升趨勢，在60～120 min時(shí)改性甘蔗渣對亞甲基藍(lán)的吸附速率變緩并基本達(dá)到平衡，直至120 min左右達(dá)到最大（91.25%）。以上現(xiàn)象主要是由于改性甘蔗渣對兩種染料的吸附機(jī)理不同所導(dǎo)致。隨著反應(yīng)時(shí)間增加，染料離子與改性甘蔗渣結(jié)合、吸附的機(jī)會(huì)增多，導(dǎo)致染料離子易進(jìn)入改性甘蔗渣表面的空間位點(diǎn)，使脫色效果提升；但隨著反應(yīng)時(shí)間繼續(xù)加長，改性甘蔗渣表面吸附量逐漸趨于飽和，再加之改性甘蔗渣對剛果紅的吸附主要屬于電中和作用和物理吸附，在較短的時(shí)間內(nèi)即可完成，導(dǎo)致吸附劑與染料分子的結(jié)合力較弱，隨著外力作用和離子之間的相互碰撞，就會(huì)破壞吸附劑與染料離子間的結(jié)合，使染料再次進(jìn)入水體，導(dǎo)致脫色率下降；而對亞甲基藍(lán)的吸附主要依靠化學(xué)吸附，反應(yīng)時(shí)間較長，吸附劑與染料分子的結(jié)合力較強(qiáng)，吸附劑上的染料分子不易脫落，故不會(huì)隨時(shí)間的增加出現(xiàn)吸附率大幅度下降的情況；或是由于改性后的甘蔗渣表面纖維素結(jié)晶區(qū)部分溶解，暴露出更多的游離羥基，使分子結(jié)構(gòu)擴(kuò)展，增大了與污染物的接觸位點(diǎn)和接觸面積，更有利于其對染料分子的吸附，但同時(shí)也會(huì)增大一些副反應(yīng)發(fā)生的幾率［11］，致使染料離子從改性甘蔗渣表面接觸位點(diǎn)上掉落，重新進(jìn)入水體，使脫色率降低。

由圖4可知，反應(yīng)溫度對改性甘蔗渣對水中染料的脫色效果影響不大。隨著溫度的升高，剛果紅和亞甲基藍(lán)脫色率均呈小幅度上升趨勢，極差分別為2.10%和7.55%。這可能是隨著溫度的上升，染料離子的不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)加劇，使染料離子與改性甘蔗渣表面吸附位點(diǎn)的接觸機(jī)會(huì)增大，染料離子更易進(jìn)入改性甘蔗渣表面孔隙，從而增大脫色率。因此，綜合考慮以上結(jié)果和實(shí)際應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)因素，可設(shè)置脫色反應(yīng)的反應(yīng)溫度為常溫。

由圖5可知，兩種染料的脫色率隨著初始濃度的增加而不斷下降，當(dāng)染料初始濃度由50 mg·L-1增加到500 mg·L-1時(shí)，剛果紅和亞甲基藍(lán)的吸附率均有一定程度的下降。這是因?yàn)橐欢康母男愿收嵩浔砻娴奈轿稽c(diǎn)，以及參與吸附的官能團(tuán)數(shù)量是確定的，當(dāng)達(dá)到吸附平衡后，隨著初始染料濃度的增加，導(dǎo)致染料廢水中未被吸附的染料離子數(shù)量增加，進(jìn)而導(dǎo)致脫色率的下降［12］。

綜上認(rèn)為，當(dāng)染料廢水濃度一定時(shí)，影響改性甘蔗渣對染料廢水脫色效果的主要因素是改性甘蔗渣的投加量、pH值和反應(yīng)時(shí)間，而反應(yīng)溫度和初始染料濃度則為次要因素。

2.2改性甘蔗渣對剛果紅和亞甲基藍(lán)脫色的正交實(shí)驗(yàn)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可選取投加量、pH值、反應(yīng)時(shí)間3個(gè)主要影響因素，固定反應(yīng)溫度（25℃）和初始染料濃度（50 mg·L-1）2個(gè)次要影響因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化改性甘蔗渣對兩種染料的脫色反應(yīng)條件。2.2.1改性甘蔗渣對剛果紅的脫色正交實(shí)驗(yàn)

對剛果紅染料脫色的正交實(shí)驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見表2。剛果紅染料廢水脫色的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表3）表明，pH、反應(yīng)時(shí)間、投加量3個(gè)主要因素對剛果紅染料廢水脫色效率影響強(qiáng)弱順序依次為：pH＞投加量＞反應(yīng)時(shí)間。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，pH=9.00、投加量為0.4 g、反應(yīng)時(shí)間為45 min、反應(yīng)溫度為25℃、初始染料濃度為50 mg·L-1時(shí)，改性甘蔗渣對剛果紅染料脫色率達(dá)到最高，為97.96%。

2.2.2改性甘蔗渣對亞甲基藍(lán)的脫色正交實(shí)驗(yàn)

對亞甲基藍(lán)染料脫色的正交實(shí)驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見表4。亞甲基藍(lán)染料廢水脫色的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表5）表明，pH、反應(yīng)時(shí)間、投加量3個(gè)主要因素對亞甲基藍(lán)染料廢水脫色效率影響強(qiáng)弱順序依次為：pH＞投加量＞反應(yīng)時(shí)間。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，pH=7.00、投加量為0.5 g、反應(yīng)時(shí)間為120 min、反應(yīng)溫度為25℃、初始染料濃度為50 mg·L-1時(shí)，改性甘蔗渣對亞甲基藍(lán)染料脫色率達(dá)到最高，為91.89%。

2.3不同吸附劑對剛果紅、亞甲基藍(lán)脫色效果對比

表6為不同吸附劑對剛果紅、亞甲基藍(lán)的脫色實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由表6可知，DMDAAC-鎂鹽聯(lián)合改性甘蔗渣對2種染料廢水的脫色率不僅高于原料甘蔗渣、鎂鹽單獨(dú)改性甘蔗渣和DMDAAC單獨(dú)改性甘蔗渣，而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硫酸鎂和DMDAAC對染料廢水的脫色。其中，DMDAAC-鎂鹽聯(lián)合改性甘蔗渣對剛果紅的脫色率較甘蔗渣、鎂鹽單獨(dú)改性甘蔗渣、DMDAAC單獨(dú)改性甘蔗渣、硫酸鎂、DMDAAC分別提高了22.70%、 17.51%、15.18%、71.87%、87.21%。

表2　剛果紅染料脫色的正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 2 Factors and levels in orthogonal tests for Congo Red

表3　剛果紅脫色正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of orthogonal tests for Congo Red

表4　亞甲基藍(lán)染料脫色的正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 4 Factors and levels in orthogonal tests for Methylene Blue

表5　亞甲基藍(lán)脫色正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of orthogonal tests for Methylene Blue

表6　不同吸附劑對剛果紅、亞甲基藍(lán)脫色實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 6 Results of the decoloration rate of Congo Red and Methylene Blue by different adsorbents

對于亞甲基藍(lán)染料廢水，硫酸鎂和DMDAAC幾乎沒有脫色效果（脫色率分別僅為7.44%和3.77%），而DMDAAC-鎂鹽聯(lián)合改性甘蔗渣、鎂鹽單獨(dú)改性甘蔗渣、DMDAAC單獨(dú)改性甘蔗渣對亞甲基藍(lán)的脫色率分別為91.89%、70.16%、64.73%。另外，單因素和正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，DMDAAC和鎂鹽單獨(dú)改性甘蔗渣對剛果紅和亞甲基藍(lán)模擬廢水均具有一定的脫色效果，而經(jīng)過DMDAAC-鎂鹽聯(lián)合改性后的甘蔗渣，對剛果紅和亞甲基藍(lán)模擬廢水的脫色率有了更大提升。同時(shí)，DMDAAC-鎂鹽聯(lián)合改性甘蔗渣對剛果紅的脫色效果明顯優(yōu)于亞甲基藍(lán)。由此可以證明本研究所采用的改性方法以及甘蔗渣資源改性利用的可行性，同時(shí)也說明改性甘蔗渣和甘蔗渣對不同染料廢水的吸附脫色機(jī)理存在較大差異。

2.4脫色機(jī)理分析

單因素和正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改性甘蔗渣對剛果紅的脫色率始終高于亞甲基藍(lán)。這與染料性質(zhì)、改性甘蔗渣性質(zhì)及染料廢水pH值有關(guān)。由圖1、圖3、圖4、圖5可知，在pH=7.00的條件下，改性甘蔗渣對剛果紅的脫色率優(yōu)于亞甲基藍(lán)（剛果紅屬于陰離子染料，而亞甲基藍(lán)則為陽離子染料）。造成此種現(xiàn)象的原因是：陰陽離子間存在較強(qiáng)的電中和作用，當(dāng)廢水中存在著相同電荷的懸浮粒子時(shí)，則相互排斥，它們之間的靜電斥力會(huì)阻止懸浮粒子彼此接近而聚合成較大的顆粒，進(jìn)而削弱吸附劑的吸附脫色效果；當(dāng)加入帶有與廢水中懸浮粒子相反電荷的吸附劑后，懸浮顆粒之間的靜電斥力減少，相互吸引力增強(qiáng)，從而導(dǎo)致懸浮粒子聚集，進(jìn)而與廢水分離［13］，增大吸附劑吸附脫色效果。由此可推斷DMDAAC-鎂鹽改性甘蔗渣屬于陽離子吸附劑。

本研究之所以將改性甘蔗渣用于對剛果紅的脫色，主要是考慮到剛果紅染料膠體微粒表面存在的負(fù)電荷可與改性甘蔗渣表面的陽離子基團(tuán)發(fā)生電荷中和作用［14］。當(dāng)廢水中投入改性甘蔗渣后，改性甘蔗渣表面的陽離子基團(tuán)將與染料膠粒發(fā)生電中和作用，導(dǎo)致膠粒之間間距減小，膠體表面的ζ電位降低，進(jìn)而破壞了顆粒的穩(wěn)定狀態(tài)，促進(jìn)絮凝脫色。即中和電荷作用降低了膠體表面的ζ電位，吸附架橋作用促進(jìn)膠體凝聚，從而使膠體離子發(fā)生互相吸引作用而脫穩(wěn)，形成了絮狀沉淀［15］。另外，膠體間的空間網(wǎng)捕作用也會(huì)不斷吸附廢水中的染料離子，使絮凝膠體不斷增大而逐漸下沉，達(dá)到脫色目的；同時(shí)采用鎂鹽改性甘蔗渣，加大了對離子型染料的去除［16］。鎂鹽與DMDAAC的混合使用，一方面是兩者對陰離子染料均會(huì)產(chǎn)生電中和作用；另一方面，鎂鹽形成氫氧化鎂進(jìn)行絮凝脫色，DMDAAC陽離子基團(tuán)的引入，可以使分子結(jié)構(gòu)擴(kuò)展，形成長鏈?zhǔn)介_放結(jié)構(gòu)，增加其與污染物的接觸位點(diǎn)和接觸面積。因此兩者聯(lián)合改性后的甘蔗渣對染料廢水具有協(xié)同脫色效果。DMDAAC-鎂鹽改性甘蔗渣對剛果紅的脫色率始終高于亞甲基藍(lán)也證明了這一點(diǎn)。

作為陽離子型染料的亞甲基藍(lán)基本不會(huì)與改性甘蔗渣發(fā)生電中和作用，本研究將改性甘蔗渣用于對亞甲基藍(lán)的脫色，主要是因?yàn)楦男愿收嵩奈锢砘瘜W(xué)吸附以及同鎂鹽產(chǎn)生協(xié)同脫色作用。由于靜電斥力作用阻止粒子間彼此接近而聚合成較大的顆粒，致使亞甲基藍(lán)的脫色率較剛果紅低，說明改性甘蔗渣對亞甲基藍(lán)的吸附脫色作用主要是靠鎂鹽在水溶液中水解形成的氫氧化鎂強(qiáng)烈化學(xué)吸附作用［17］以及由于DMDAAC的引入使改性甘蔗渣表面形成的大量空洞縫隙結(jié)構(gòu)和長鏈?zhǔn)介_放結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的較弱的空間網(wǎng)捕作用和吸附架橋作用。

總之，改性甘蔗渣對陰離子染料的去除主要依靠電荷中和與吸附絮凝作用；對陽離子染料則主要依靠化學(xué)吸附和較弱的吸附架橋和空間網(wǎng)捕作用去除。

3　結(jié)論

影響改性甘蔗渣對染料脫色率的主要因素為投加量、pH和反應(yīng)時(shí)間，正交實(shí)驗(yàn)得出改性甘蔗渣對剛果紅的最佳脫色條件為：反應(yīng)溫度為25℃、初始染料濃度為50 mg·L-1、pH=9.00、反應(yīng)時(shí)間為45 min、投加量為0.4 g時(shí)，脫色率達(dá)到最高，為97.96%；對亞甲基藍(lán)染料廢水最佳脫色條件為：反應(yīng)溫度為25℃、初始染料濃度為50 mg·L-1、pH=7.00、反應(yīng)時(shí)間為120 min、投加量為0.5 g時(shí)，脫色率達(dá)到最高，為91.89%。

DMDAAC-鎂鹽改性甘蔗渣對剛果紅類陰離子染料脫色率比其對亞甲基藍(lán)類陽離子染料的脫色率高。結(jié)合改性甘蔗渣的脫色機(jī)理分析可推知，DMDAAC-鎂鹽改性甘蔗渣更適合于染料廢水中陰離子染料的脫色處理。這為今后考慮此方向的實(shí)際應(yīng)用提供了一定的理論依據(jù)。

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A research on dyeing wastewater decoloration by DMDAAC-Mg2+salts modified bagasse

FAN Yu-rui，WU Ling-zhu，CAI Yi-xin，ZOU Lu，WU Jun*
（College of the Environment，Sichuan Agricultural University，Chengdu 611130，China）

In order to explore the decoloration efficiencies of modified bagasse for dyeing wastewater，aqueous solutions of Congo Red and Methylene Blue were taken as simulated wastewater to investigate the decoloration efficiencies by DMDAAC-Mg2+modified bagasse under different conditions，such as the modified bagasse dosage，pH，contact time，initial concentration of dye and temperature.The results demonstrate that the DMDAAC-Mg2+modified bagasse shows favorable decoloration efficiencies on both Congo Red and Methylene Blue.The modified bagasse dosage，pH and contact time are the main factors which affect the decoloration efficiency.The orthogonal tests indicate that the maximum decoloration efficiencies can reach 97.96%and 91.89%for Congo Red and Methylene Blue，respectively.Under the same experiment condition，DMDAAC-Mg2+modified bagasse exhibits the highest decoloration efficiency comparing with single factor modified bagasse and raw material.

bagasse；modification；dyes；decolorization；Dimethyl Diallyl Ammonium Chloride（DMDAAC）

X712

A

1672-2043（2016）08-1580-07

10.11654/jaes.2016-0458

2016-04-06

四川省科技支撐項(xiàng)目（2014NZ0045）；四川農(nóng)業(yè)大學(xué)大學(xué)生科研興趣實(shí)驗(yàn)計(jì)劃資助項(xiàng)目

范宇睿（1994—），男，四川夾江人，本科生，從事廢棄物資源化利用研究。E-mail：1332904654@qq.com

伍鈞E-mail：wuj1962@163.com