竹炭對溶液中龍膽紫的吸附性能

閆宗蘭+尉震+莫德倫+呂麗娟+石軍

摘要：以竹炭為吸附劑，龍膽紫為水中污染物，考察吸附條件的改變對溶液脫色率的影響。結果表明，50mL溶液竹炭用量為25mg、龍膽紫濃度為25mg/L時，脫色率約為86%，脫色效果良好；最佳吸附時間為4h；在酸性條件下竹炭對龍膽紫的吸附效果較好，在堿性條件下吸附效果較差；竹炭對龍膽紫的吸附為吸熱反應，在50℃條件下竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率約為93%。

關鍵詞：竹炭；龍膽紫；吸附性能；吸附條件；脫色率

中圖分類號：X52文獻標志碼：A文章編號：1002-1302（2014）11-0401-02

水是人類賴以生存和發展的主要資源之一，但隨著人類社會經濟的迅猛發展，水資源危機日益突出。這主要源于大量未經處理或處理未達標的工業廢水和城市污水直接排放到江河湖泊，導致水環境受到嚴重污染。水中的有害物質包括大量的對人體有害的有機物、無機鹽等[1-3]，給人們的生產生活造成了嚴重威脅。如何有效去除水中的有害物質、凈化水環境，已經成為當今研究的熱點和難點。

竹炭是竹材熱解的產物。竹材生長快、繁殖能力強、容易更新，以竹材為原料生產的竹炭品質高、細密多孔、比表面積大、吸附力強，是一種性能良好、有著廣闊發展空間的多功能材料[4-6]，近幾年竹炭在凈化水環境方面的研究和利用也日益受到人們的重視。龍膽紫為三苯甲烷系染料，具有抗菌、驅蟲作用，因此早年用作外用殺菌劑，其1%～2%溶液俗稱紫藥水，是人們所熟悉的外用藥。近年來國外醫學家對龍膽紫溶液進行了細致的研究，結果發現它有極強的致癌性。本試驗研究了不同條件下竹炭對龍膽紫溶液的吸附性能，以期為竹炭在水環境凈化處理中的應用提供一定的科學依據。

1材料與方法

1.1試驗儀器與試劑

722可見分光光度計（上海科學精密儀器有限公司）、電子天平、離心機、研缽粉碎機、pH試紙、比色管；竹炭、龍膽紫、鹽酸、氫氧化鈉。

1.2試驗方法

竹炭的預處理：將竹炭研磨打碎，加入蒸餾水，在70℃條件下攪拌3h，以除去竹炭表面的殘留物，抽濾，120℃下烘干，篩選分級，目數控制在50～<100目、100～<200目、200～<300目、300目及以上，繼續烘干12h，置于干燥器中備用。

標準溶液配制：用電子天平準確稱取固體藥品0.025g，用蒸餾水溶解，移至1000mL容量瓶中定容搖勻，即得到25mg/L的標準溶液。

標準曲線的繪制：分別配制不同濃度（C）的標準溶液，在吸收波長578nm下測其吸光度D，進行線性回歸后得龍膽紫標準曲線方程：

靜態吸附試驗：配制一定濃度系列的標準溶液50mL，倒入100mL錐形瓶中，準確加入一定量的活性炭，搖勻，置于室溫下靜態吸附一定時間后，離心過濾并取上層清液，用722可見分光光度計在比色波長處測吸光度，再根據標準曲線方程找出相對應的濃度，根據以下公式計算出龍膽紫的脫色率：

式中：C0為配制的溶液濃度，Ce為吸附后的溶液濃度，P為脫色率。

2結果與分析

2.1竹炭粒徑對脫色率的影響

分別稱取25mg50～<100目、100～<200目、200～<300目及300目及以上的竹炭，置于50mL25mg/L的龍膽紫溶液中，振蕩吸附24h后，測其吸光度D，并計算出吸附后的溶液濃度及脫色率，結果見表1。

由表1可得，竹炭顆粒越小，脫色率越大，說明對龍膽紫溶液的吸附效果越好。這是因為竹炭顆粒越小，其比表面積越大，吸附容量也越大，吸附效果就越好。由于顆粒太小不方便分離，因此選用200～<300目的竹炭作為研究對象。

2.2竹炭用量對脫色率的影響

分別稱取10、15、20、25、30、35、40mg200～<300目的竹炭，置于50mL25mg/L的龍膽紫溶液中，振蕩吸附24h后，過濾，取濾液，測其吸光度，并計算出吸附后的溶液濃度及脫色率，結果見圖1。

從圖1可知，溶液中龍膽紫的脫色率隨著竹炭添加量的增加而逐漸增大，當竹炭用量為25mg時，脫色率達到86%，脫色效果良好；此后隨著竹炭用量增大脫色率變化不大。這是因為在靜態吸附中，吸附效果與吸附劑和溶液的有效接觸面積有很大的關系。竹炭添加量較少時，竹炭顆粒能充分與溶液接觸；隨著竹炭添加量增大，溶液中竹炭層的有效面積增加相對較少，這樣竹炭與溶液的有效接觸面積增加也變小，因此當竹炭添加量增大到一定值后，對溶液中龍膽紫的吸附效果也漸趨平穩[3]。

2.3溶液濃度對脫色率的影響

稱取25mg200～<300目的竹炭，分別置于10、15、20、25、30、35mg/L的龍膽紫溶液中，振蕩吸附24h后，過濾，取濾液，測其吸光度，并計算出吸附后的溶液濃度及脫色率，結果見圖2。

由圖2可得，隨著溶液中龍膽紫濃度升高，竹炭脫色率也增大。當濃度大于25mg/L時，脫色率達到85.5%，之后隨著溶液濃度升高，脫色率變化趨緩。這是因為當龍膽紫濃度較低時，雖然竹炭的比表面積較大，但是溶液中龍膽紫分子濃度小，被吸附到竹炭上的概率也低，因此脫色率并不高。隨著龍膽紫濃度升高，其與竹炭接觸的概率增大，被吸附的概率也增大，因此脫色率升高。隨著龍膽紫濃度繼續升高，吸附達到一定的平衡，因此脫色率的變化也趨于平穩。

2.4吸附時間對脫色率的影響

稱取25mg200～<300目的竹炭，置于25mg/L的龍膽紫溶液中，振蕩吸附，隔1、2、4、8、12、24h后，過濾，取濾液，測其吸光度，并計算出吸附后的溶液濃度及脫色率，結果見圖3。

從圖3可以看出，在吸附的初始階段，竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率隨著時間延長而急劇上升。當吸附時間超過4h后，脫色率變化變小，基本達到平衡。這是因為在吸附初期，endprint

[FK（W11][TPYZL3.tif][FK）]

竹炭內部孔徑較大，有較大的比表面積對龍膽紫進行吸附，隨著時間推移，其對吸附質的吸附逐漸達到了飽和狀態，吸附量減少，最終達到吸附平衡，脫色率保持穩定。

2.5溶液pH值對脫色率的影響

稱取25mg200～<300目的竹炭，置于pH值分別為2、3、4、5、6、7、8、9、10、11的25mg/L的龍膽紫溶液中，振蕩吸附24h后，過濾，取濾液，測其吸光度，并計算吸附后的溶液濃度及脫色率，結果見圖4。

由圖4可得，隨著龍膽紫溶液pH值增大，脫色率逐漸減小，說明在酸性條件下竹炭對龍膽紫的吸附效果較好，在堿性條件下吸附效果較差。這是因為龍膽紫中的氨基（—NH2）在酸性溶液中易與H+結合形成陽離子—NH+3，從而容易與竹炭表面由于燒結而形成的缺陷和不飽和價形成化學鍵，在一定程度上促進了竹炭的吸附。

2.6溫度對脫色率的影響

稱取25mg200～<300目的竹炭，置于25mg/L的龍膽紫溶液中，分別于20、30、40、50、60、70℃振蕩吸附24h后，過濾，取濾液，測其吸光度，并計算出吸附后的溶液濃度及脫色率，結果見圖5。

從圖5可以看出，竹炭對龍膽紫溶液的脫色率隨著溫度升高而逐漸增大，表明吸附是吸熱過程。在50℃時竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率達到約93%，之后隨著溫度繼續升高脫色率變化趨緩。這是因為溫度升高溶液中龍膽紫分子由于受熱具有較大的動能，可以促進其進入到竹炭孔徑中，吸附在竹炭表面，隨著溫度升高，在試驗溫度范圍內吸附達到相對平衡，因此脫色率也漸趨平穩。

3結論

本試驗結果表明，當50mL溶液竹炭用量為25mg、龍膽紫濃度為25mg/L時，脫色率約為86%，脫色效果良好；最佳吸附時間為4h；在酸性條件下竹炭對龍膽紫的吸附效果較好，在堿性條件下吸附效果較差；竹炭對龍膽紫的吸附為吸熱反應，在50℃竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率達到約93%。

參考文獻：

[1]姜立軍，沙中瑛，孫金峰，等.PAN原絲沸水收縮率影響因素的探討[J].合成纖維工業，2006，29（4）：38-39，42.

[2]朱仙弟，梁華定，閆華，等.竹炭對堿性品紅的吸附性能研究[J].應用化工，2008，37（10）：1135-1137.

[3]徐亦鋼，石利利.竹炭對2，4-二氯苯酚的吸附特性及影響因素研究[J].農村生態環境，2002，18（1）：35-37.

[4]張東升，江澤慧，任海青，等.竹炭微觀構造形貌表征[J].竹子研究匯刊，2006，25（4）：1-8.

[5]姜樹海，張齊生，蔣身學.竹炭材料的有效利用理論與應用研究進展[J].東北林業大學學報，2002，30（4）：53-56.

[6]MizutaK，MatsumotoT，HatateY，etal.Removalofnitrate-nitrogenfromdrinkingwaterusingbamboopowdercharcoal[J].BioresourceTechnology，2004，95（3）：255-257.endprint

[FK（W11][TPYZL3.tif][FK）]

竹炭內部孔徑較大，有較大的比表面積對龍膽紫進行吸附，隨著時間推移，其對吸附質的吸附逐漸達到了飽和狀態，吸附量減少，最終達到吸附平衡，脫色率保持穩定。

2.5溶液pH值對脫色率的影響

稱取25mg200～<300目的竹炭，置于pH值分別為2、3、4、5、6、7、8、9、10、11的25mg/L的龍膽紫溶液中，振蕩吸附24h后，過濾，取濾液，測其吸光度，并計算吸附后的溶液濃度及脫色率，結果見圖4。

由圖4可得，隨著龍膽紫溶液pH值增大，脫色率逐漸減小，說明在酸性條件下竹炭對龍膽紫的吸附效果較好，在堿性條件下吸附效果較差。這是因為龍膽紫中的氨基（—NH2）在酸性溶液中易與H+結合形成陽離子—NH+3，從而容易與竹炭表面由于燒結而形成的缺陷和不飽和價形成化學鍵，在一定程度上促進了竹炭的吸附。

2.6溫度對脫色率的影響

稱取25mg200～<300目的竹炭，置于25mg/L的龍膽紫溶液中，分別于20、30、40、50、60、70℃振蕩吸附24h后，過濾，取濾液，測其吸光度，并計算出吸附后的溶液濃度及脫色率，結果見圖5。

從圖5可以看出，竹炭對龍膽紫溶液的脫色率隨著溫度升高而逐漸增大，表明吸附是吸熱過程。在50℃時竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率達到約93%，之后隨著溫度繼續升高脫色率變化趨緩。這是因為溫度升高溶液中龍膽紫分子由于受熱具有較大的動能，可以促進其進入到竹炭孔徑中，吸附在竹炭表面，隨著溫度升高，在試驗溫度范圍內吸附達到相對平衡，因此脫色率也漸趨平穩。

3結論

本試驗結果表明，當50mL溶液竹炭用量為25mg、龍膽紫濃度為25mg/L時，脫色率約為86%，脫色效果良好；最佳吸附時間為4h；在酸性條件下竹炭對龍膽紫的吸附效果較好，在堿性條件下吸附效果較差；竹炭對龍膽紫的吸附為吸熱反應，在50℃竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率達到約93%。

參考文獻：

[1]姜立軍，沙中瑛，孫金峰，等.PAN原絲沸水收縮率影響因素的探討[J].合成纖維工業，2006，29（4）：38-39，42.

[2]朱仙弟，梁華定，閆華，等.竹炭對堿性品紅的吸附性能研究[J].應用化工，2008，37（10）：1135-1137.

[3]徐亦鋼，石利利.竹炭對2，4-二氯苯酚的吸附特性及影響因素研究[J].農村生態環境，2002，18（1）：35-37.

[4]張東升，江澤慧，任海青，等.竹炭微觀構造形貌表征[J].竹子研究匯刊，2006，25（4）：1-8.

[5]姜樹海，張齊生，蔣身學.竹炭材料的有效利用理論與應用研究進展[J].東北林業大學學報，2002，30（4）：53-56.

[6]MizutaK，MatsumotoT，HatateY，etal.Removalofnitrate-nitrogenfromdrinkingwaterusingbamboopowdercharcoal[J].BioresourceTechnology，2004，95（3）：255-257.endprint

[FK（W11][TPYZL3.tif][FK）]

竹炭內部孔徑較大，有較大的比表面積對龍膽紫進行吸附，隨著時間推移，其對吸附質的吸附逐漸達到了飽和狀態，吸附量減少，最終達到吸附平衡，脫色率保持穩定。

2.5溶液pH值對脫色率的影響

稱取25mg200～<300目的竹炭，置于pH值分別為2、3、4、5、6、7、8、9、10、11的25mg/L的龍膽紫溶液中，振蕩吸附24h后，過濾，取濾液，測其吸光度，并計算吸附后的溶液濃度及脫色率，結果見圖4。

由圖4可得，隨著龍膽紫溶液pH值增大，脫色率逐漸減小，說明在酸性條件下竹炭對龍膽紫的吸附效果較好，在堿性條件下吸附效果較差。這是因為龍膽紫中的氨基（—NH2）在酸性溶液中易與H+結合形成陽離子—NH+3，從而容易與竹炭表面由于燒結而形成的缺陷和不飽和價形成化學鍵，在一定程度上促進了竹炭的吸附。

2.6溫度對脫色率的影響

稱取25mg200～<300目的竹炭，置于25mg/L的龍膽紫溶液中，分別于20、30、40、50、60、70℃振蕩吸附24h后，過濾，取濾液，測其吸光度，并計算出吸附后的溶液濃度及脫色率，結果見圖5。

從圖5可以看出，竹炭對龍膽紫溶液的脫色率隨著溫度升高而逐漸增大，表明吸附是吸熱過程。在50℃時竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率達到約93%，之后隨著溫度繼續升高脫色率變化趨緩。這是因為溫度升高溶液中龍膽紫分子由于受熱具有較大的動能，可以促進其進入到竹炭孔徑中，吸附在竹炭表面，隨著溫度升高，在試驗溫度范圍內吸附達到相對平衡，因此脫色率也漸趨平穩。

3結論

本試驗結果表明，當50mL溶液竹炭用量為25mg、龍膽紫濃度為25mg/L時，脫色率約為86%，脫色效果良好；最佳吸附時間為4h；在酸性條件下竹炭對龍膽紫的吸附效果較好，在堿性條件下吸附效果較差；竹炭對龍膽紫的吸附為吸熱反應，在50℃竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率達到約93%。

參考文獻：

[1]姜立軍，沙中瑛，孫金峰，等.PAN原絲沸水收縮率影響因素的探討[J].合成纖維工業，2006，29（4）：38-39，42.

[2]朱仙弟，梁華定，閆華，等.竹炭對堿性品紅的吸附性能研究[J].應用化工，2008，37（10）：1135-1137.

[3]徐亦鋼，石利利.竹炭對2，4-二氯苯酚的吸附特性及影響因素研究[J].農村生態環境，2002，18（1）：35-37.

[4]張東升，江澤慧，任海青，等.竹炭微觀構造形貌表征[J].竹子研究匯刊，2006，25（4）：1-8.

[5]姜樹海，張齊生，蔣身學.竹炭材料的有效利用理論與應用研究進展[J].東北林業大學學報，2002，30（4）：53-56.

[6]MizutaK，MatsumotoT，HatateY，etal.Removalofnitrate-nitrogenfromdrinkingwaterusingbamboopowdercharcoal[J].BioresourceTechnology，2004，95（3）：255-257.endprint