橘子皮對水溶液中活性艷藍的吸附研究

王麗敏，王繼錄，劉 揚

(1.吉林化工學(xué)院環(huán)境與生物工程學(xué)院，吉林吉林132022;2.吉林石化物資采購公司，吉林吉林132022;3.中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院，北京100083)

合成染料在許多行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，如食品、造紙、橡膠、塑料、紡織等.來自于這些行業(yè)的工業(yè)廢水進入到天然水體中，產(chǎn)生了許多嚴重的問題，如增加水體COD值、水體透明度下降從而影響水生植物的光合作用等［1］.因此染料廢水在排入受納水體前必須要進行處理.許多方法可以用來去除廢水中的染料，如Fendon試劑法，光催化法，生物降解法，電化學(xué)降解法及吸附法等［2］.活性炭吸附是一種很好的去除廢水中染料的方法，但其成本太高.尋找能替代活性炭的低成本吸附劑是目前受到研究者關(guān)注的一個領(lǐng)域.我國是農(nóng)業(yè)大國，每年產(chǎn)生大量的農(nóng)業(yè)廢棄物，這些廢棄物中一部分對染料顯示出了良好的吸附性能［3］.榴蓮皮，杏殼，柚子皮，蠶豆皮，玉米軸穗、玉米秸稈、稻殼等天然材料經(jīng)處理后對染料都有較好的吸附效果［4-7］.隨著水果產(chǎn)量的增加，水果廢棄物也隨之大量增加.這些水果廢棄物沒有任何經(jīng)濟價值，而且會對環(huán)境帶來影響.利用果皮作為低成本吸附劑，既可以降低廢棄物處置成本，另一方面也可以解決染料廢水的污染問題.因此本文對產(chǎn)量較大的橘子皮去除廢水中的陰離子活性染料進行了研究.

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與設(shè)備

7210可見光分光光度計(上海分析儀器廠)，PH-3C數(shù)顯酸度計(上海宇隆儀器有限公司)，HZQ-C空氣浴振蕩器(哈爾濱市東明醫(yī)療儀器廠)，F(xiàn)A1004N電子天平(上海精密科學(xué)儀器有限公司)

活性艷蘭X-BR(上海中山化工廠);硝酸(優(yōu)級純，哈爾濱化工化學(xué)試劑廠出品);鹽酸(優(yōu)級純，上海試劑化工廠)，其它試劑均為分析純.

1.2 橘子皮吸附劑的制備

實驗用橘子皮來自本地水果市場，先將果皮自然晾干，再用自來水浸泡去除表面雜質(zhì)，置烘箱中以60℃烘干至恒重，研磨后過100目篩，置于干燥器中備用.

1.3 實驗方法

移取50 mL不同初始濃度的活性艷蘭溶液，置于100 mL錐形瓶中，用NaOH和HCl溶液調(diào)節(jié)pH值，加入一定量的橘子皮吸附劑，置于水浴恒溫振蕩器上震蕩一定時間后過濾，測定濾液中殘余染料濃度.按公式(1)計算吸附容量Qe(mg/g):

式中，C0為染料初始濃度(mg/L);Ce為染料吸附平衡時的濃度(mg/L);V為溶液體積(L);W為吸附劑用量(g).

2 結(jié)果與討論

2.1 橘子皮吸附劑用量對吸附量的影響

橘子皮吸附劑用量對活性艷藍吸附量的影響見圖1.由圖1可見，當(dāng)活性艷藍的質(zhì)量濃度為100 mg/L時，活性艷藍的吸附量隨著橘子皮吸附劑用量的增加而提高，當(dāng)橘子皮吸附劑用量達到8 g/L時，水中活性艷藍的吸附量達到12.98 mg/g，此后雖然橘子皮吸附劑用量增加，但吸附量增加很小，說明吸附已達飽和.因此，橘子皮最佳用量定為8 g/L.

圖1 橘子皮吸附劑用量對吸附量的影響

2.2 吸附速率曲線

橘子皮吸附劑對活性艷藍染料的吸附速率曲線見圖2.由圖2可見，橘子皮吸附劑對活性艷藍染料的吸附在最初的20 min內(nèi)，吸附速度非常快，隨著吸附時間繼續(xù)延長，雖然吸附量還有所增加，但增加緩慢，吸附過程在90 min時基本達到平衡.實驗表明，橘子皮吸附劑可以迅速、高效地吸附水溶液中的活性艷藍染料.

圖2 吸附速率曲線

2.3 pH對吸附量的影響

溶液初始pH對活性艷藍染料吸附量的影響見圖3.

圖3 pH對吸附量的影響

由圖3可見，室溫下橘子皮在酸性條件下對活性艷藍的吸附效果明顯好于中性和堿性條件下的吸附效果.這是由于活性艷藍屬于陰離子活性染料，在堿性條件下，水溶液中的OH-的存在會產(chǎn)生競爭吸附，從而降低吸附效果.活性艷藍染料吸附量的最大值出現(xiàn)在pH為3時，這是由于橘子皮是由氨基、羧基等各種不同官能團構(gòu)成的，氨基、羧基的存在會影響溶液的pH.染料分子的結(jié)構(gòu)和橘子皮的組成也在吸附過程中起著重要作用.在pH為3的溶液中，吸附劑表面的陽離子與陰離子染料存在較強的靜電引力，隨著溶液的pH升高，吸附劑表面的陰離子濃度增加，逐漸使得吸附劑表面陽離子與陰離子染料之間的靜電引力減弱，吸附量減小.

2.4 吸附等溫曲線

橘子皮吸附劑對活性艷藍染料的吸附等溫線見圖4.

圖4 吸附等溫線

由圖4可見，實驗條件下橘子皮吸附劑對活性艷藍染料的吸附等溫線呈現(xiàn)出非線性特征，表明橘子皮吸附劑與活性艷藍之間主要是通過吸附方式發(fā)生作用的，最大吸附量可達26.27 mg/g.吸附力主要由色散力和靜電力加合產(chǎn)生，一方面，橘子皮吸附劑具有多孔結(jié)構(gòu)，另一方面，在酸性條件下，由于橘子皮吸附劑表面有陽離子的存在，可以與活性艷藍陰離子染料之間發(fā)生靜電作用，使得活性艷藍染料可以被吸附到橘子皮吸附劑的孔道之中.

用Langmuir等溫式和Freundlich等溫式對吸附等溫線的數(shù)據(jù)進行線性擬合，發(fā)現(xiàn)橘子皮對活性艷藍的吸附等溫線既符合Langmuir等溫式(線性相關(guān)系數(shù)R2=0.959 4)，又符合Freundlich等溫式(線性相關(guān)系數(shù)R2=0.975 9)，但用Freundlich等溫式擬合的更好.

2.5 脫附研究

脫附研究有助于解釋吸附質(zhì)與吸附劑之間的結(jié)合機理.在室溫下研究了不同pH溶液對脫附率的影響，結(jié)果見圖5.

圖5 pH對脫附率的影響

由圖5可知，隨著脫附液pH值的增加，脫附率也逐漸增加，這是由于隨著pH的增大，吸附劑表面負電荷位點增加，由于靜電作用，吸附劑表面的負電荷有助于陰離子染料從吸附劑上脫附下來.在pH為12時，吸附劑表面的負電荷與陰離子染料分子之間存在著較大的靜電排斥作用，使得活性艷藍染料完全從橘子皮吸附劑上脫附下來.因此橘子皮吸附劑可以在堿性條件下得到再生.

3 結(jié) 論

本研究結(jié)果表明，在酸性條件下，橘子皮對水溶液中活性艷藍染料具有很好的去除效果;吸附速率很快，吸附平衡時間為90 min;等溫吸附過程更符合Freundlich等溫式;脫附研究結(jié)果表明，在堿性條件下，橘子皮吸附劑表面負電荷與活性艷藍染料之間存在較強的靜電排斥力，因此吸附飽和的橘子皮吸附劑可以在堿性條件下得到再生.

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