NaOH 改性花生殼對(duì)亞甲基藍(lán)染料吸附性能的研究

陳玉，危裕東

(福建師范大學(xué)福清分校生物與化學(xué)工程系，福建福清 350300)

隨著人類社會(huì)的飛速發(fā)展，帶來了一系列的環(huán)境問題。面對(duì)著日益嚴(yán)重的水污染問題，找到合適的方法進(jìn)行治理顯得尤為重要。目前人類處理染料廢水的方法主要有吸附法［1-3］、絮凝沉降、離子交換、膜分離、ClO2催化氧化法、微生物降解和光催化氧化［4］、電解法［5］等。吸附劑的選擇對(duì)于廢水染料的吸附作用有著重要的地位。活性炭因具有多孔結(jié)構(gòu)、高比表面積及高吸附性，作為吸附劑被廣泛應(yīng)用，但由于其再生困難、回收率低及成本較高，進(jìn)一步應(yīng)用受到限制。

改性花生殼作為一種吸附材料，具有原料來源簡(jiǎn)單、廉價(jià)、吸附效率高以及可重復(fù)使用等特點(diǎn)。有廣闊的應(yīng)用前景，在吸附材料的研究與應(yīng)用上占有重要的地位［6］。將改性花生殼吸附劑處理染料廢水，既可以消除染料廢水對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康帶來的危害，又可以獲得廉價(jià)與高效的吸附劑。這種以“廢”治“廢”的方式，不僅解決了目前日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，還解決了農(nóng)民的就業(yè)和增收問題。

本文用稀NaOH 溶液改性花生殼作為吸附劑，研究對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附作用，為花生殼的綜合利用提供資料基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

花生殼;NaOH，分析純;亞甲基藍(lán)·3H2O，化學(xué)純。

DHG-9070 電熱恒溫干燥箱;WFJ7200 型可見光分光光度計(jì);FA2004BMAX 電子天平;THE-C 臺(tái)式恒溫振蕩器。

1.2 花生殼的改性

花生殼置于5%的NaOH 溶液中，浸泡24 h，把溶液倒去，花生殼用清水沖洗直至呈中性。80 ℃干燥，室溫下冷卻到花生殼恒重為止。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

pH 7.0 濃度3.0 mg/L 的亞甲基藍(lán)溶液50 mL置于錐形瓶中，加入改性花生殼0.1 g。將錐形瓶置于恒溫?fù)u床中于25 ℃吸附120 min。將吸附后的亞甲基藍(lán)溶液倒入離心管中用離心機(jī)6 000 r/min，離心20 min 測(cè)吸光度，計(jì)算吸附率。

P=(C初始－C吸附)/C初始

1.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

用花生殼對(duì)亞甲基藍(lán)進(jìn)行吸附，在其特征吸收波長(zhǎng)A =665 nm 下采用可見分光光度計(jì)測(cè)其吸光度，作濃度-吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線，見圖1。標(biāo)準(zhǔn)曲線y =0.169 4x+0.068 2。

圖1 亞甲基藍(lán)的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 The standard curve of methylene blue

2 結(jié)果與討論

2.1 亞甲基藍(lán)的初始濃度對(duì)吸附效果的影響

在1.3 節(jié)實(shí)驗(yàn)條件下，考察亞甲基藍(lán)溶液濃度對(duì)吸附的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 亞甲基藍(lán)的初始濃度對(duì)吸附效果的影響Fig.2 The adsorption effects of the methylene blue concentration

由圖2 可知，隨初始濃度的增加花生殼對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附率增加，當(dāng)初始濃度為3.0 mg/L 時(shí)，吸附率達(dá)到最高，吸附率為97.33%，當(dāng)初始濃度＞3.0 mg/L時(shí)，吸附率降低［7］。

2.2 吸附劑量對(duì)吸附效果的影響

在1.3 節(jié)實(shí)驗(yàn)條件下，考察改性花生殼用量對(duì)吸附的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 吸附劑量對(duì)吸附效果的影響Fig.3 The adsorption effect of adsorbent dose

由圖3 可知，吸附率隨吸附劑量的增加而升高，吸附劑量為0.3 g 時(shí)，吸附率達(dá)到最高為98.43%;吸附劑量大于0.3 g 時(shí)，吸附率降低，在區(qū)間0.3 ～0.8 g 內(nèi)，吸附率在保持平穩(wěn)的下降，到后面幾乎保持恒定。當(dāng)吸附劑量小于0.3 g 時(shí)，由于還含有足夠的MB 分子，所以隨著吸附劑量的增加，MB 分子被吸收，吸附率增加。當(dāng)吸附劑量大于0.3 g 時(shí)，由于溶液中的MB 分子基本上被吸附完了，吸附率不再會(huì)有顯著的上升［8］。

2.3 溫度對(duì)吸附效果的影響

在1.3 節(jié)實(shí)驗(yàn)條件下，加入0.3 g 的改性花生殼，考察溫度對(duì)吸附的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 溫度對(duì)吸附效果的影響Fig.4 The adsorption effect of temperature

由圖4 可知，隨溫度的升高吸附率不斷增加，25 ℃時(shí)吸附率達(dá)最高，25 ～30 ℃下降得快，而30 ℃后則平緩的下降，說明改性花生殼對(duì)亞甲基藍(lán)溶液的吸附作用是放熱過程［9］。

2.4 吸附時(shí)間對(duì)吸附效果的影響

在1.3 節(jié)實(shí)驗(yàn)條件下，加入0.3 g 改性花生殼，考察吸附時(shí)間對(duì)吸附的影響，結(jié)果見圖5。

由圖5 可知，隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，吸附率增加，140 min 后吸附率基本上保持不變，所以最佳的吸附時(shí)間為140 min。由于在140 min 前，溶液中還有足夠的MB 分子可以被吸收，當(dāng)過了140 min，溶液中的MB 分子基本上被吸附的差不多了，吸附率不會(huì)有很大的變化［10］。

圖5 吸附時(shí)間對(duì)吸附效果的影響Fig.5 The adsorption effect of adsorption time

2.5 pH 對(duì)吸附效果的影響

在1.3 節(jié)實(shí)驗(yàn)條件下，加入0.3 g 改性花生殼，考察pH 值對(duì)吸附的影響，結(jié)果見圖6。

由圖6 可知，隨pH 的升高吸附率上升，pH =7.0 時(shí)吸附率達(dá)到最大值，此時(shí)的吸附率為99.86%。當(dāng)pH 值大于7 時(shí)，隨著pH 值的升高吸附率略微下降。可能是因?yàn)樵谳^低的pH 之下，H+濃度太高，吸附劑表面布滿正電荷，對(duì)陽性染料離子產(chǎn)生排斥力，從而不利于吸附的進(jìn)行，而接近中性條件下，吸附劑表面會(huì)聚集更多的負(fù)電荷，從而通過靜電作用來促進(jìn)陽性染料離子與吸附劑之間的吸附［11］。

圖6 pH 對(duì)吸附效果的影響Fig.6 The adsorption effect of pH

2.6 正交實(shí)驗(yàn)

通過初步篩選，選用溫度、花生殼用量、初始濃度、時(shí)間4 個(gè)主要因素進(jìn)行4 因素3 水平即L9(34)正交實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 The results of orthogonal experiment

由表1 可知，影響改性花生殼吸附亞甲基藍(lán)的因素順序依次是:吸附時(shí)間＞初始濃度＞溫度＞吸附劑用量，最佳工藝條件為:A2B2C3D1，即溫度為25 ℃，花生殼吸附劑的量為0. 3 g，初始濃度為3.5 mg/L，吸附的時(shí)間為135 min。此時(shí)吸附率達(dá)99.57%。

3 結(jié)論

(1)影響花生殼對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附率的因素依次為:吸附時(shí)間＞初始濃度＞溫度＞吸附劑用量。

(2)改性花生殼對(duì)亞甲基藍(lán)吸附的最佳工藝條件為:溫度為25 ℃，花生殼吸附劑的量為0.3 g，初始濃度為3.5 mg/L，吸附的時(shí)間為135 min。在最佳的工藝條件下，吸附率達(dá)99.57%。

(3)在改性花生殼對(duì)亞甲基藍(lán)染料吸附作用中，隨著溫度升高吸附率有所降低，說明吸附作用是一個(gè)吸熱反應(yīng)。

［1］ 羅耀發(fā)，梅剛，成煦，等. 膨潤(rùn)土在含染料廢水處理中的應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.紡織科技進(jìn)展，2009(1):23-27.

［2］ 楊帆，宋小杰，韋文美.農(nóng)產(chǎn)品廢棄物對(duì)染料廢水處理研究進(jìn)展［J］. 安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2009，17(4):69-73.

［3］ Hameed B H，MIE-l Khaiary. Sorption kinetics and isotherm studies of a cat ionic dye using agricultural waste:Broad bean peels［J］. Journal of Hazardous Materials，2008，154:639-648.

［4］ 董俊明，陳曉陽.TiO2/PbO2復(fù)合膜光催化氧化降解染料廢水［J］.工業(yè)水處理，2009，29(5):57-60.

［5］ 劉培，薛方亮. 催化鐵內(nèi)電解法處理染料廢水試驗(yàn)研究［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2009(5):60-62.

［6］ 劉榮梅，吳之傳，朱根強(qiáng)，等. 稀硫酸改性花生殼對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附性能研究［J］.安徽工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2011(3):31-34.

［7］ 潘云霞，劉瀾，鄭懷禮.NaOH 改性稻稈對(duì)亞甲基藍(lán)染料吸附性能的研究［J］. 農(nóng)機(jī)化研究，2012(8):200-203.

［8］ 程鳳蓮，孟范平，周游，等. 大型海藻滸苔對(duì)堿性染料亞甲基藍(lán)的吸附性能［J］. 化工進(jìn)展，2011(6):887-891.

［9］ 田娜，龍浩，趙增迎.油頁巖渣對(duì)亞甲基藍(lán)吸附性能的實(shí)驗(yàn)研究［J］.山西建筑，2012(9):120-121.

［10］李紅萍，韓秀麗，劉國(guó)際.氣體膨脹液體處理松針落葉對(duì)水體中亞甲基藍(lán)的吸附研究［J］. 高等化學(xué)工程學(xué)報(bào)，2010，24(6):1059-1064.

［11］王艷，蘇雅娟，李平，等. 綠茶微粉對(duì)染料亞甲基藍(lán)和孔雀石綠的吸附研究［J］. 中國(guó)食品學(xué)報(bào)，2011(7):83-89.