高粱秸稈對剛果紅的吸附性能分析

摘要：研究了高粱秸稈對剛果紅的吸附行為。結果表明，高粱秸稈對剛果紅具有很好的吸附作用，吸附速率較快，３０ ｍｉｎ可達吸附平衡。高粱秸稈對剛果紅的吸附，更符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附等溫方程，說明該吸附過程以單分子層吸附為主。

關鍵詞：高粱秸稈；吸附；剛果紅

中圖分類號：Ｘ７１２文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）22－4562-03

Ａｄｓｏｒｐｔｉｖｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ Ｓｏｒｇｈｕｍ Ｓｔａｌｋ to Ｃｏｎｇｏ Ｒｅｄ

ＺＨＡＯ Ｅｒ－ｌａｏ，ＷＡＮＧ Ｘｉｎ，ＢＡＩ Ｊｉａｎ－ｈｕａ，ＨＯＵ Ｒｏｎｇ

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， Ｘｉｎｚｈｏｕ Ｔｅａｃｈｅｒｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｘｉｎｚｈｏｕ ０３４０００，Shanxi，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： In this study， the adsorption behavior of sorghum stalk to congo red was determined. The results showed that sorghum stalk had strong adsorption ability and fast absorption rate to congo red， the adsorption equilibrium could be reached within 30 min. The absorption properties of sorghum stalk to congo red was well in accordance with the Langmuir adsorption isothermal equation， and its adsorption manner was monolayer adsorption.

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： sｏｒｇｈｕｍ sｔａｌｋ； ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ； congo ｒｅｄ

印染廢水所含染料大多是復雜的芳香烴化合物，具有化學結構復雜、穩定性高、難降解等特點，如果直接排放到環境中，會妨礙水體自凈，對水生生物和人類健康產生嚴重危害［１，２］。因此印染廢水的凈化處理具有重要實際意義。目前，在印染廢水治理中，吸附法以其簡便、有效得到較多應用，但因吸附法常用的吸附劑活性炭價格相對較高，再生困難［３］，因此，研究制備價廉高效的吸附劑成為印染廢水治理領域的熱點，一些生物質材料，如微生物、工農業廢棄物等作為吸附劑的研究更是倍受關注［４］。

高粱秸稈是生產高粱后產生的廢棄物，以高粱秸稈為原料制備吸附劑，具有明顯的優勢，不僅產量大，來源廣泛，而且價格便宜。剛果紅是一種典型的聯苯胺類直接偶氮染料，它在生產和使用過程中流失率高，易進入水體，是印染廢水中有代表性的污染物之一［５］。因此，以剛果紅為對象，研究高粱秸稈對剛果紅的吸附性能，以期為高粱秸稈在印染廢水治理中的應用提供參考依據。

１材料與方法

１．１試驗材料

１．１．１儀器７５２型可見分光光度計（上海光譜儀器有限公司）；ＴＨＺ－８２水浴恒溫振蕩器（江蘇榮華儀器制造有限公司）；ＡＬ１０４電子分析天平（梅特勒－托利多儀器上海有限公司）；ｐＨＳ－３ＴＣ酸度計（上海天達儀器有限公司）；藥材粉碎機（浙江武義屹立工具有限公司）。

１．１．２試劑剛果紅、氫氧化鈉和硫酸等試劑均為分析純。試驗用水為去離子水。

１．２試驗方法

１．２．１高粱秸稈的預處理高粱秸稈收集于忻州市農田，洗凈泥土等雜質，在５０ ℃烘箱中烘干后粉碎，過１００～１４０目篩，裝瓶備用。

１．２．２吸附試驗稱取一定量的高粱秸稈，加入濃度為６２．０ ｍｇ／Ｌ的２５ ｍＬ剛果紅溶液中，恒溫振蕩吸附，吸附平衡后過濾，取濾液，采用分光光度法［５］（最大吸收波長４９８ ｎｍ）測定其吸光度，由工作曲線回歸方程Ａ＝０．０５３ ５ρ（ｍｇ／Ｌ）＋０．００６ ５（ｒ２＝０．９９９ ９）計算被測溶液中剛果紅的濃度，并按下式計算高粱秸稈對剛果紅吸附率和平衡吸附量［６］：

吸附率η＝［（ρ0－ρｅ）／ρ0］×１００％

平衡吸附量Γ＝（ρ0－ρｅ）Ｖ／ｍ

式中ρ0和ρｅ分別為剛果紅的初始濃度和平衡濃度﹙單位ｍｇ／Ｌ﹚，Ｖ為剛果紅溶液體積（Ｌ），ｍ為高粱秸稈質量（ｇ）。

２結果與分析

２．１吸附時間對吸附率的影響

在濃度為６２．０ ｍｇ／Ｌ的２５ ｍＬ剛果紅溶液中，加入０．１ ｇ高粱秸稈，恒溫振蕩吸附不同時間，取濾液測定剛果紅的濃度，考察吸附時間對剛果紅吸附率的影響，結果見圖１。由圖１可知，高粱秸稈對剛果紅的吸附較快，在吸附初始的１０ ｍｉｎ內，吸附率增加較快，１０ ｍｉｎ后，增加變慢。在３０ ｍｉｎ時吸附率達８９％，吸附趨于平衡。

２．２溫度對吸附率的影響

在濃度為６２．０ ｍｇ／Ｌ的２５ ｍＬ剛果紅溶液中，加入０．１ ｇ高粱秸稈，分別在３０、３５、４０、４５ ℃條件下恒溫振蕩吸附３０ ｍｉｎ，過濾后取濾液測定剛果紅的濃度，考察溫度對剛果紅吸附率的影響，結果如圖２。由圖２可知，隨著溫度的升高，吸附率有所降低。這可能是由于高粱秸稈對剛果紅的吸附是以物理吸附為主，因物理吸附過程是放熱過程，溫度升高，不利于吸附［６］。

２．３高粱秸稈投加量對吸附率的影響

在濃度為62.0 mg/L的25 mL剛果紅溶液中，考察了高粱秸稈投加量對剛果紅吸附率的影響，結果如圖３。由圖３可知，在０．０１～０．１０ ｇ范圍內，隨高粱秸稈投加量的增加，高粱秸稈對剛果紅的吸附率迅速增加。當高粱秸稈投加量達到０．１０ ｇ后，隨著投加量增加，吸附率增加很小。其原因可能是在一定的高粱秸稈投加量下，隨高粱秸稈投加量的增加，增大了有效吸附表面積，同時也增加了參與吸附的官能團數目，導致吸附率迅速增加；高粱秸稈投加量超過一定量后，受試驗容器面積的影響，高粱秸稈與剛果紅溶液有效接觸面積不再增加，導致吸附率增加緩慢。

２．４ｐＨ對吸附率的影響

稱取高粱秸稈０．１ ｇ，加入到濃度為６２．０ ｍｇ／Ｌ的25 mL剛果紅溶液中，用ＨＣｌ溶液或ＮａＯＨ溶液調節ｐＨ，考察溶液ｐＨ對吸附率的影響，結果如圖４。從圖４可以看出，隨溶液ｐＨ的增大，高粱秸稈對剛果紅吸附率增加，當溶液ｐＨ約為７．６５時吸附率最大，ｐＨ繼續增大，吸附率基本不再增加。這表明弱堿性條件有利于對剛果紅的吸附。

２．５吸附等溫式

利用等溫吸附方程能夠說明吸附劑對吸附質的吸附類型，為吸附機理的研究和探討提供依據。參考相關資料［３－７］，以Ｌａｎｇｍｕｉｒ等溫吸附方程和Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等溫吸附方程來描述３０ ℃下高粱秸稈對剛果紅的吸附行為。

Ｌａｎｇｍｕｉｒ等溫吸附方程：

１／Γｅ＝１／Γｍ＋１/（Ｋａ×Γｍ）×１／ρｅ

Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等溫吸附方程為：

ｌｎΓｅ＝ｌｎＫＦ＋１／ｎ ｌｎρｅ

式中，Γｅ為平衡吸附量，ｍｇ／ｇ；Γｍ為飽和吸附量，ｍｇ／ｇ；Ｋａ為Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附常數；ρｅ為平衡濃度，ｍｇ／Ｌ；ＫＦ為Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ吸附常數；ｎ為常數。

將試驗數據分別用Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程和Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程進行線性擬合，并根據擬合直線的斜率和截距求得相關吸附參數，結果如圖５、圖６及表１。由線性方程的決定系數ｒ２的對比可知，Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程的擬合程度更好，說明Ｌａｎｇｍｕｉｒ等溫吸附方程能更好地描述高粱秸稈對剛果紅的吸附過程，表明該吸附過程以單分子層吸附為主。

３結論

１）高粱秸稈對剛果紅具有很好的吸附作用，吸附速率較快，吸附３０ ｍｉｎ左右即可達到吸附平衡。此時對剛果紅的吸附率為８９％。

２）剛果紅溶液的ｐＨ對吸附率有較大影響，弱堿性條件有利于高粱秸稈對剛果紅的吸附。溫度對吸附影響不大，溫度升高，吸附率略有下降，不利于剛果紅的實際應用。

３）Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程和Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程兩種吸附模型對吸附試驗數據線性擬合的結果表明，高粱秸稈對剛果紅的吸附更符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ等溫吸附方程，表明該吸附過程以單分子層吸附為主。

參考文獻：

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［２］ Ｏ′ＭＡＨＯＮＹ Ｔ，ＧＵＩＢＡＬ Ｅ，ＴＯＢＩＮ Ｊ Ｍ． Ｒｅａｃｔｉｖｅ ｄｙｅ ｂｉｏｓｏｒｐｔｉｏｎ ｂｙ Ｒｈｉｚｏｐｕｓ ａｒｒｈｉｚｕｓ ｂｉｏｍａｓｓ［Ｊ］． Ｅｎｚｙｍｅ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２００２，３１（４）：４５６－４６３．

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