柚子皮對陽離子染料結(jié)晶紫的吸附性能研究

陳巖

摘 ?????要：研究了柚子皮對陽離子染料結(jié)晶紫的吸附性能，考察了不同因素條件變化對柚子皮吸附結(jié)晶紫效果的影響，包括振蕩吸附時間、柚子皮加入量、鹽、溫度和結(jié)晶紫濃度等，進(jìn)一步探討了吸附等溫式。結(jié)果表明柚子皮吸附結(jié)晶紫最佳時間為90 min，柚子皮加入量和鹽加入對結(jié)晶紫吸附效果有一定的影響，低溫條件下柚子皮吸附結(jié)晶紫的效果更好。柚子皮吸附結(jié)晶紫對Langmuir吸附等溫式擬合的更好。298 K時，柚子皮最大吸附容量qm為138.89 mg/g。

關(guān) ?鍵 ?詞：柚子皮;結(jié)晶紫;吸附

中圖分類號：O 647.3 ???????文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）06-1209-04

Abstract： The adsorption performance of pomelo peel to cationic dye crystal violet was studied. The effect of different factors such as oscillating time， pomelo peel dosage， salts， temperature and initial crystal violet concentration on crystal violet adsorption on the pomelo peel was investigated. The adsorption isotherm was further discussed. The results showed that the optimum adsorption time of crystal violet by pomelo peel was 90 min. The addition of pomelo peel and salts had some effect on the adsorption of crystal violet. The adsorption effect of crystal violet by pomelo peel was better at low temperature. The adsorption of crystal violet by pomelo peel conformed to Langmuir adsorption isotherms better. The maximum adsorption capacity qm was 138.89 mg/g at 298 K.

Key words： Pomelo peel; Crystal violet; Adsorption

隨著工業(yè)的發(fā)展，由于染料有關(guān)產(chǎn)品的需求增加，所以染料廢水成為了嚴(yán)重水污染問題的主要來源之一。在地表水中發(fā)現(xiàn)的染料的來源主要是染料工業(yè)排放。特別是紡織廢水，染料濃度很高。導(dǎo)致水體不適合人類飲用、娛樂活動和其他生物的存活。而且染料在環(huán)境中不易于自然降解，對環(huán)境影響較大。染料廢水常用的處理方法主要有混凝、氧化、光降解、吸附等[1-3]，其中吸附法由于簡便、快捷、處理效果好等特點，是常用染料廢水處理方法之一。結(jié)晶紫是一種常用的人工合成的堿性染料，屬于三氨基三苯甲烷類化合物。很多吸附劑被用于處理結(jié)晶紫廢水，包括復(fù)合水凝膠[4]、粘土礦物[5]、樹脂[6]、生物廢棄物[7，8]等。

柚子是我國南方產(chǎn)量豐富的水果之一，營養(yǎng)價值高，還有一定醫(yī)用價值。柚子皮屬于農(nóng)業(yè)廢棄物，大多都直接丟棄，并沒有有效利用。在腐解過程中不僅對環(huán)境有害，而且也是對生物質(zhì)資源的浪費。因為柚子皮中含有果膠、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、葡萄糖和果糖等，有豐富的羥基和羰基等活性基團(tuán)，可以與污染物相互作用[9]，也可以作為制備碳材料的前驅(qū)體，在各個領(lǐng)域可能具有廣泛的應(yīng)用[10]。柚子皮已被用于吸附重金屬、有機物、染料[11-13]等。本文主要研究了柚子皮對陽離子染料結(jié)晶紫的吸附性能。

1 ?實驗部分

1.1 ?儀器與試劑

ALC-2104電子天平）、UV-1102紫外可見分光光度計、pHS-3C系列pH計、DHG-9146A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、FW-100高速萬能粉碎機;LD5-2A低速離心機、HZQ-C空氣浴振蕩器。

結(jié)晶紫、NaOH、HCl、NaCl、CaCl2等均為分析純。

1.2 ?實驗方法

1.2.1 ?柚子皮的預(yù)處理

購買市售柚子，將柚子皮用清水清洗后，去除灰塵和溶于水的物質(zhì)，掰成小塊，于80 ℃鼓風(fēng)干燥箱中烘24 h，烘干后用粉碎機粉碎，裝袋封存。后續(xù)實驗中分別稱取一定量進(jìn)行相關(guān)研究。

1.2.2 ?吸附實驗

用分析天平準(zhǔn)確稱取系列一定質(zhì)量柚子皮粉末，置于150 mL錐形瓶中，各加入100 mg/L結(jié)晶紫溶液50 mL（結(jié)晶紫初始濃度影響實驗除外），改變不同影響因素如吸附時間、柚子皮加入量、鹽濃度、溫度和結(jié)晶紫濃度等進(jìn)行實驗，在一定溫度下振蕩90 min（時間實驗除外）后離心分離，取一定量上清液測定溶液中剩余結(jié)晶紫濃度，并計算吸附率和吸附量qe。

2 ?結(jié)果與討論

2.1 ?振蕩吸附時間對柚子皮吸附結(jié)晶紫效果影響

通過反應(yīng)時間對吸附影響，可以確定柚子皮吸附結(jié)晶紫溶液達(dá)到吸附平衡所需要的時間。一系列1 g/L柚子皮與100 mg/L結(jié)晶紫溶液50 mL混合樣品，分別在振蕩器上振蕩5～180 min。在不同時間取出一個樣品，離心后取上清液測定反應(yīng)后溶液中剩余結(jié)晶紫的濃度。實驗結(jié)果見圖1。

由實驗結(jié)果可見，柚子皮吸附結(jié)晶紫的吸附率和qe隨時間變化整體呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。在吸附時間5 min時，柚子皮對100和80 mg/L結(jié)晶紫的吸附率分別達(dá)到76.7%和90.0%。之后隨著時間的增加，吸附率增大后有稍有一定變化。對于80 mg/L結(jié)晶紫，柚子皮對其吸附在10和90 min效果均較好。對于100 mg/L結(jié)晶紫，柚子皮對其吸附在90 min效果最好，90 min后，隨著時間的增加，吸附率反而逐漸減小。這可能是時間過長又發(fā)生的解析作用，所以使得柚子皮對結(jié)晶紫吸附率又逐漸減小。后續(xù)實驗中柚子皮吸附結(jié)晶紫的吸附時間均采用90 min。

2.2 ?柚子皮加入量對其吸附結(jié)晶紫的影響

柚子皮加入量0.6 ～6 g/L分別與100 mg/L結(jié)晶紫50 mL混合振蕩90 min，圖2為柚子皮加入量對結(jié)晶紫吸附效果的影響。

在柚子皮加入量范圍內(nèi)，結(jié)晶紫吸附率先迅速增加，之后又緩慢減小，qe一直減小。柚子皮加入量0.6 g/L時，結(jié)晶紫吸附率77.9%，qe為129.8 mg/g;柚子皮加入量1 g/L，結(jié)晶紫吸附率增大到91.3%，qe為91.3 mg/g。柚子皮加入量2 g/L后，隨著柚子皮加入量的繼續(xù)增加，結(jié)晶紫吸附率呈逐漸減小的趨勢。而qe則隨著柚子皮加入量的增大逐漸減少。當(dāng)柚子皮加入量為6 g/L時，吸附率減小為85.6%，此時qe值較小，降到14.3 mg/g。此現(xiàn)象表明，并非柚子皮加入量越多越利于結(jié)晶紫吸附率的增加。綜合考慮吸附率和qe，柚子皮加入量1～2 g/L適用于吸附結(jié)晶紫。

2.3 ?鹽對柚子皮吸附結(jié)晶紫影響

柚子皮加入量2 g/L，100 mg/L結(jié)晶紫50 mL，分別加入一定量NaCl 和CaCl2控制鹽濃度在0～0.24 mol/L，震蕩90 min，離心后取上清液測吸光度計算吸附率和qe。由圖3可以看出，NaCl加入不利于柚子皮對結(jié)晶紫的吸附，柚子皮吸附結(jié)晶紫的吸附率和qe減小;而CaCl2加入有利于柚子皮對結(jié)晶紫的吸附，使柚子皮對結(jié)晶紫的吸附率和qe增大。在CaCl2濃度0～0.02 mol/L范圍內(nèi)，柚子皮吸附結(jié)晶紫吸附率隨鹽濃度增加而迅速增加，吸附率增加到97.1%，吸附效果增加明顯，CaCl2濃度超過0.02 mol/L之后，柚子皮吸附結(jié)晶紫吸附率變化的較小。

從圖4中可以看出，當(dāng)結(jié)晶紫的初始濃度從80 mg/L增加到180 mg/L時，柚子皮對結(jié)晶紫的吸附率逐漸減小，qe明顯增大。在柚子皮用量一定的情況下，當(dāng)溶液中結(jié)晶紫濃度較低時，柚子皮上有大量的吸附位點，可以迅速地與結(jié)晶紫發(fā)生吸附作用，使得結(jié)晶紫吸附率較高[14]。隨著結(jié)晶紫濃度的增加，溶液中結(jié)晶紫逐漸過量，吸附位點很快達(dá)到飽和，柚子皮吸附結(jié)晶紫趨于平衡，所以吸附速率逐漸減慢，吸附率降低[15]。由圖4還可以看出，溫度越低時，結(jié)晶紫吸附率和qe越大，表明柚子皮吸附結(jié)晶紫為放熱反應(yīng)，升高溫度不利于結(jié)晶紫吸附。

對Langmuir吸附等溫式擬合的更好，R2更接近于1。表明柚子皮表面均勻，各處的吸附能較接近，被結(jié)晶紫分子單分子層覆蓋。由Langmuir吸附等溫式可以得出298～313 K的qm分別為138.89 mg/g、136.99、138.89、133.33 mg/g。根據(jù)Freundlich理論，1/n與吸附劑表面的不均勻性有關(guān)，當(dāng)0<1/n1時，吸附不易進(jìn)行[16];柚子皮吸附結(jié)晶紫的1/n在0.1～0.5之間，所以柚子皮對結(jié)晶紫的吸附屬于容易吸附。

3 ?結(jié) 論

本文主要研究了柚子皮對陽離子染料結(jié)晶紫的吸附性能。柚子皮吸附結(jié)晶紫的最佳時間為90 min。柚子皮加入量對結(jié)晶紫吸附效果有一定影響，投加量增加后，結(jié)晶紫吸附率先明顯增加后緩慢減小，qe減小，最佳柚子皮加入量為1～2 g/L。CaCl2加入會促進(jìn)柚子皮對結(jié)晶紫的吸附效果，NaCl加入則相反，抑制了結(jié)晶紫的吸附效果。隨著結(jié)晶紫濃度的增加，吸附率減小，qe增大。低溫更利于結(jié)晶紫吸附。柚子皮吸附結(jié)晶紫更符合Langmuir吸附等溫式，298 K時，最大吸附量qm為138.89 mg/g。

參考文獻(xiàn)：

[1] ?羊小玉，周律，王倩. 復(fù)合混凝劑的制備及活性染料的去除[J]. 化工環(huán)保，2017，37（1）：43-48 .

[2] 劉夢，戚秀芝，張科亭，等. 非均相催化臭氧氧化法深度處理染料廢水[J]. 環(huán)境污染與及防治，2018，40（5）：572-576.

[3] 代巖，王碩，田黎明，等. FePc-TiO2/CS復(fù)合材料制備及光催化降解染料廢水[J]. 現(xiàn)代化工，2018，38（7）：89-92.

[4] 王麗，賈建川，張紅霞. 堿性染料分子結(jié)構(gòu)對水凝膠吸附的影響[J]. 當(dāng)代化工，2017， 46（6）：1044-1047.

[5] 李薇，陳沖，馬宏飛，等. 高嶺土吸附結(jié)晶紫性能研究[J]. 應(yīng)用化工，2016，45（1）：47-51.

[6] 譚德新，徐遠(yuǎn)，汪猛，等. 四元共聚吸附樹脂的制備及吸附性能研究[J]. 化工新型材料，2015，43（12）：52-54.

[7] 李亞博，郭永明. 金針菇廢棄物對廢水中結(jié)晶紫的吸附性能的研究[J]. 山東化工，2017，46（22）：166-167.

[8] 李薇，王梅，馬宏飛，等. 銀杏落葉對結(jié)晶紫的生物吸附性能研究[J]. 化工新型材料，2017，45（4）：193-195.

[9] Torab-Mostaedi M， Asadollahzadeh M， Hemmati A， Khosravi A. Equilibrium， kinetic， and thermodynamic studies for biosorption of cadmium and nickel on grapefruit peel[J]. J Taiwan Inst Chem E， 2013， 44（2）： 295-302.

[10] Feize Li， Yu Tang， Huilin Wang， et al. Functionalized hydrothermal carbon derived from waste pomelo peel as solid-phase extractant for the removal of uranyl from aqueous solution[J]. Environ Sci Pollut Res， 2017， 24（28）：22321-22331.

[11] 潘沛玲. 兩種吸附法去除模擬廢水中Pb2+的實驗對比[J].當(dāng)代化工，2016，45（8）：1700-1703.

[12] 嚴(yán)云. 炭化柚子皮對苯酚的吸附性能[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（8）：481-483.

[13] 梁俊倩，吳錦華，李平，等. 柚子皮吸附活性艷藍(lán)KN-R和活性艷橙X-GN性能研究[J]. 水處理技術(shù)，2011，37（4）：88-90.

[14] Mehmood A， Bano S， Fhim A， et al. Efficient removal of crystal violet and eosin B from aqueous solution using Syzygium cumini leaves：a comparative study of acidic and basic dyes on a single adsorbent[J]. Korean J Chem Eng， 2015， 32（5）：882-895.

[15]馬會強，李陽，石珍瑜，等. 紅茶粉末對結(jié)晶紫吸附性能研究[J]. 化工新型材料，2016，44（11）：220-222.

[16]賀小平，王唯赫，李薇. 五角楓葉吸附結(jié)晶紫性能研究[J]. 化工新型材料. 2018， 46（6）：156-159.