花生殼生物炭對(duì)水中活性紫染料的吸附特性

王麗敏，魏 薇，王 紅

(吉林化工學(xué)院 資源與環(huán)境學(xué)院，吉林 吉林 132022)

染料被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)中，如在紡織、橡膠、造紙、印染等行業(yè)用來(lái)給產(chǎn)品上色。世界范圍內(nèi)每年染料的總消耗量超過(guò)104噸，其中有10 %在印染及相關(guān)行業(yè)的廢水中排放出來(lái)進(jìn)入環(huán)境水體[1]。水體中的染料能夠影響水生生物的光合作用，從而對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞。染料的化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有些染料分子結(jié)構(gòu)中含有芳環(huán)等結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)即使在光照、氧化劑氧化及生物降解等作用下也比較穩(wěn)定，用傳統(tǒng)的廢水處理方法難于處理[2-3]。采用吸附技術(shù)從廢水中去除染料是一種既可行又經(jīng)濟(jì)的方法[4]。常用的吸附劑是活性炭，但商業(yè)活性炭成本高，再生困難，因此尋找低成本、吸附性能好的吸附劑受到廣大研究者的關(guān)注[5-6]。本研究以花生殼為原料制備生物炭，以活性紫染料為吸附對(duì)象， 旨在尋找更加低廉的新型吸附材料，為降低染料廢水處理成本提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

UVmini-1240紫外可見分光光度計(jì)(日本島津儀器有限公司)；pHS-3C數(shù)顯酸度計(jì)(上海宇隆儀器有限公司)；FA2004N型電子天平(上海精密科學(xué)儀器有限公司)；TDL-50B臺(tái)式離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠)。

活性紫(分析純，山西醫(yī)藥公司北京采購(gòu)供應(yīng)站)、磷酸(分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠)、氫氧化鈉(分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠)。

1.2 花生殼生物炭制備

將花生殼用自來(lái)水洗凈，在蒸餾水中浸泡后烘干至恒重，粉碎過(guò)60目篩后，置于干燥器內(nèi)備用。取一定量干燥的花生殼于燒杯中，加入85%的磷酸,固液比為1∶1，攪拌均勻后放進(jìn)坩堝中，馬弗爐里在600℃炭化3 h。待坩堝自然冷卻至室溫后，取出，用蒸餾水洗至中性，干燥后即得到花生殼生物炭。

1.3 吸附實(shí)驗(yàn)

取一定質(zhì)量的花生殼生物炭于250 mL的錐形瓶中，加入不同濃度的活性紫溶液，振蕩一定時(shí)間后，用紫外可見分光光度計(jì)于594 nm測(cè)定吸附后溶液中活性紫的濃度，并按下式計(jì)算花生殼生物炭的吸附量。

qe=(C0-Ce)V/m (1)

式中，C0、Ce(mg/L)分別為加入的活性紫溶液的初始濃度和吸附達(dá)平衡后的濃度，V(L)為進(jìn)行吸附時(shí)溶液的體積，m(g)為花生殼生物炭的質(zhì)量，qe(mg/g)為吸附量。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸附時(shí)間對(duì)吸附量的影響

向盛有0.1 g 花生殼生物炭的錐形瓶中分別加入50 mL質(zhì)量濃度為50 mg/L的活性紫溶液，25℃下振蕩不同時(shí)間后，離心，用紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定上清液中染料的濃度。得到吸附量與吸附時(shí)間的關(guān)系曲線，見圖1。

從圖1中可以看出，在吸附的初始階段吸附速度很快，隨著吸附時(shí)間延長(zhǎng)，吸附量逐漸增加，在吸附60 min后吸附量基本保持不變，說(shuō)明吸附已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。

圖1 吸附平衡時(shí)間

2.2 pH值對(duì)吸附量的影響

溶液初始pH值對(duì)吸附量的影響見圖2。由圖2可以看出，在較低pH條件下，花生殼生物炭對(duì)活性紫的吸附量較大，隨著pH升高，吸附量逐漸減小。在所研究的范圍內(nèi)，吸附最佳pH值為2，考慮到實(shí)際應(yīng)用中pH值為2的體系酸性太強(qiáng)，不利于實(shí)際設(shè)備運(yùn)行，后續(xù)實(shí)驗(yàn)選擇在pH值為4的條件下進(jìn)行。

圖2 pH值對(duì)吸附量的影響

2.3 染料初始濃度對(duì)吸附量的影響

圖3 初始濃度對(duì)吸附量的影響

向盛有0.1 g花生殼生物炭的錐形瓶中分別加入50 mL不同初始質(zhì)量濃度的活性紫溶液，25℃下恒溫振蕩器中振蕩90 min后離心，用紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定上清液中活性紫的濃度。得到吸附量隨染料初始濃度變化的曲線，如圖3所示。隨著初始質(zhì)量濃度的提高，吸附量逐漸增大，當(dāng)初始質(zhì)量濃度達(dá)到500 mg/L之后，吸附量增加緩慢，近乎達(dá)到吸附飽和，實(shí)驗(yàn)中最大吸附量為64.93 mg/g。

3 結(jié)論

采用花生殼為原料制備生物炭，研究了其吸附水中活性紫的性能。研究結(jié)果表明花生殼生物炭對(duì)水中活性紫的吸附是一個(gè)快速過(guò)程，60 min就可達(dá)到吸附平衡。pH值是影響吸附過(guò)程的重要因素之一，酸性條件下有利于吸附。最大吸附量可達(dá)64.93 mg/g。花生殼生物炭作為水中活性紫染料的低成本吸附劑有一定潛在應(yīng)用價(jià)值。