磁性花生殼的制備及其對亞甲基藍(lán)吸附的研究

侯棟梁，趙業(yè)軍

（武漢東湖學(xué)院 生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430212）

隨著我國紡織工業(yè)的日益發(fā)展，印染廢水的處理也成為備受關(guān)注的問題。目前主要的吸附方法有化學(xué)降解法、生物法以及吸附法，其中吸附法價格低廉且處理效果顯著，對印染廢水的處理有著巨大的潛力[1-3]。本文以Fe3O4負(fù)載花生殼為對象[4-6]，研究其在模擬廢水亞甲基藍(lán)中的性能，為尋找最佳去除效率，優(yōu)化了添加量、吸附時間及pH 值3 個吸附條件，同時通過采用Lagergern 準(zhǔn)二級動力學(xué)模型和Language 吸附等溫線模型來研究其吸附特性、平衡吸附容量以及理論最大吸附容量，根據(jù)線性擬合得出理論平衡吸附容量。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

花生殼來自河南商丘；FeSO4·7H2O（天津化學(xué)試劑三廠）、FeCl3·6H2O（天津雙船化學(xué)）、25%NH3·H2O（天津北聯(lián)精細(xì)化學(xué)）、無水乙醇（國藥集團(tuán)）、亞甲基藍(lán)（溫州東升化工），以上均為分析純。

HY-4 型調(diào)速多用振蕩器（國華電器）；WFJ 7200 型可見分光光度計（上海尤尼柯）；TDL-80-2B型低速離心機(jī)（上海安亭）。

1.2 花生殼的預(yù)處理

取花生殼400g，用水反復(fù)洗滌4～5 次，洗去花生殼表面的雜質(zhì)及灰塵，隨后放置烘箱中110℃烘干，烘干后粉碎，過80 目篩，保存，備用。

1.3 Fe3O4 負(fù)載花生殼的制備

稱取一定量花生殼粉末，加入適量FeSO4·7H2O、FeCl3·6H2O 及去離子水，劇烈攪拌，加熱至80℃，加入過量的25% NH3·H2O，80℃攪拌30min，冷卻抽濾，用無水乙醇和去離子水反復(fù)清洗3 次。80℃烘干，得到Fe3O4負(fù)載花生殼（PS-Fe3O4），備用。

1.4 吸附條件優(yōu)化

1.4.1 添加量 在50mL 的50mg·L-1亞甲基藍(lán)溶液中加入適量PS-Fe3O4，室溫震蕩1h，離心，0.22μm濾膜過濾，在665nm 處測濾液吸光度值。計算去除率（式1）和吸附容量（式2）。

式中 Q：去除率,%；qe：吸附量，mg·g-1；C0：溶液初始濃度，mg·L-1；Ce：溶液平衡濃度,mg·L-1；V：亞甲基藍(lán)溶液的體積，mL；m: PS-Fe3O4的質(zhì)量，g。

1.4.2 吸附時間 在50mL 的50mg·L-1亞甲基藍(lán)溶液中加入定量PS-Fe3O4，室溫震蕩，離心，0.22μm 濾膜過濾，在665nm 處測濾液吸光度值。

1.4.3 pH 值 在50mL 的50mg·L-1亞甲基藍(lán)溶液中加入定量PS-Fe3O4，調(diào)節(jié)溶液pH 值，室溫震蕩一定時間，離心，0.22μm 濾膜過濾，在665nm 處測濾液吸光度值。

1.5 吸附機(jī)理研究

采用lagergern 準(zhǔn)二級動力學(xué)模型和Language等溫吸附線模型對Fe3O4負(fù)載花生殼吸附亞甲基藍(lán)的機(jī)理進(jìn)行研究。Lagergern 準(zhǔn)二級動力學(xué)方程和Language 等溫吸附線方程分別為公式（3）和公式（4）：

式中 qt：t 時PS-Fe3O4的吸附量，mg·g-1；qe：PSFe3O4達(dá)到吸附平衡時的吸附量，mg·g-1；k2：準(zhǔn)二級動力學(xué)常數(shù)，g·（mg·min）-1；ce：吸附平衡后亞甲基藍(lán)溶液剩余濃度，mg·L-1；qe：平衡吸附容量，mg·g-1；KL：Langmuir 方程吸附平衡常數(shù)，L·mg-1；qmax: 理論最大吸附容量, mg·g-1。

2 結(jié)果與討論

2.1 Fe3O4 的制備

在一定量花生殼粉末負(fù)載Fe2+和Fe3+，F(xiàn)e2+∶Fe3+摩爾比分別為1∶1、1∶1.5、1∶2、1∶2.5、1∶3，按1.3 的實(shí)驗(yàn)方法制備PS-Fe3O4。在50mL 的50mg·L-1亞甲基藍(lán)溶液中加入適量PS-Fe3O4，室溫震蕩1h，離心，0.22μm 濾膜過濾，在665nm 處測濾液吸光度值，計算亞甲基藍(lán)去除率，結(jié)果見圖1。

圖1 不同摩爾比Fe2+∶Fe3+制備的Fe3O4 的吸附效果Fig.1 Adsorption of methylene blue by PS-Fe3O4 with different Fe2+∶Fe3+molar ratios

由圖1 可見，當(dāng)花生殼負(fù)載Fe2+∶Fe3+摩爾比為1∶2.5 時，制備的PS-Fe3O4對亞甲基藍(lán)的去除效率最佳，達(dá)到98.48%。對Fe2+∶Fe3+摩爾比為1∶2.5 制備的PS-Fe3O4進(jìn)行量產(chǎn)，進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

2.2 吸附條件優(yōu)化

2.2.1 添加量的優(yōu)化 改變PS-Fe3O4投加量，加入到50mL 的50mg·L-1亞甲基藍(lán)溶液中，室溫震蕩1h，離心，0.22μm 濾膜過濾，在665nm 處測濾液吸光值，計算亞甲基藍(lán)去除率，結(jié)果見圖2。

圖2 PS-Fe3O4 添加量的影響Fig.2 Effect of amount added of PS-Fe3O4

由圖2 可見，當(dāng)PS-Fe3O4加量為0.3g 時，去除率達(dá)到98.93%。當(dāng)添加量達(dá)到0.4g 后，去除率均在99%以上。因此，綜合考慮，后續(xù)實(shí)驗(yàn)中PS-Fe3O4的添加量選擇為0.3g /50mL。

2.2.2 吸附時間的優(yōu)化 在50mL 的50mg·L-1亞甲基藍(lán)溶液中加入0.3g PS-Fe3O4，室溫震蕩不同時間，離心，0.22μm 濾膜過濾，在665nm 處測濾液吸光值，計算亞甲基藍(lán)去除率，結(jié)果見圖3。

圖3 吸附時間的影響Fig.3 Effect of adsorption time

由圖3 可見，在吸附時間為1.5h 時，亞甲基藍(lán)去除效率達(dá)到99.52%，此后去除效率都達(dá)到99.9%以上，因此，后續(xù)實(shí)驗(yàn)中吸附時間選用1.5h。

2.2.3 pH 值的優(yōu)化 在50mL 的50mg·L-1亞甲基藍(lán)溶液中加入0.3g PS-Fe3O4，調(diào)節(jié)溶液pH 值，室溫震蕩1.5h，離心，0.22μm 濾膜過濾，在665nm 處測濾液吸光值，計算亞甲基藍(lán)去除率，結(jié)果見圖4。

圖4 pH 值的影響Fig.4 Influence of pH value

由圖4 可見，在pH 值為7、9、11 時，PS-Fe3O4對亞甲基藍(lán)的去除率均超過99.8%，且在pH 值為9 時最高，去除率為99.87%。

2.3 吸附機(jī)理研究

2.3.1 動力學(xué)模型研究 根據(jù)2.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果計算不同吸附時間PS-Fe3O4的吸附量，并采用Lagergern準(zhǔn)二級動力學(xué)方程進(jìn)行線性擬合，吸附量與時間擬合曲線見圖5。

圖5 Lagergern 擬合曲線Fig.5 Lagergern fitting curve

由圖5 可見，R2=0.9999，線性相關(guān)良好；k2常數(shù)為0.08718g·（mg·min）-1。根據(jù)準(zhǔn)二級動力學(xué)方程計算得出理論平衡吸附容量為8.3217mg·g-1，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)8.409mg·g-1吻合，表明PS-Fe3O4吸附亞甲基藍(lán)溶液的過程符合準(zhǔn)二級動力學(xué)。

2.3.2 等溫吸附模型研究 根據(jù)Language 等溫吸附線模型進(jìn)行線性擬合，擬合曲線見圖6。

圖6 Language 擬合曲線Fig.6 Language fitting curve

由圖6 可見，R2=0.9992，KL=0.0351L·mg-1，根據(jù)Language 方程計算得出PS－Fe3O4對亞甲基藍(lán)的最大吸附容量為28.5225mg·g-1。

3 結(jié)論

本文采用PS－Fe3O4在對模擬的亞甲基藍(lán)廢水處理中有著顯著的效果，說明Fe3O4的負(fù)載提升了花生殼的吸附效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)亞甲基藍(lán)溶液濃度為50mg·L-1、Fe2+和Fe3+摩爾比為1∶2.5 時，制得的PS-Fe3O4在同等添加量、吸附時間、pH 值的條件下去除效率提升至98.48%；進(jìn)一步優(yōu)化吸附條件，在添加量為3g·L-1、吸附時間為1.5h、pH 值為9 時，亞甲基藍(lán)去除效率最佳，達(dá)到99.87%。

本文采用Lagergern 準(zhǔn)二級動力學(xué)模型和language 吸附等溫線模型研究吸附特性、平衡吸附容量以及理論最大吸附容量，根據(jù)線性擬合得出理論平衡吸附容量為8.3217mg·g-1，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果8.409mg·g-1吻合，通過Language 方程得出，理論上PS－Fe3O4對亞甲基藍(lán)的最大吸附容量為28.5225mg·g-1。