甘蔗渣對亞甲基藍染料廢水的吸附研究

翁艷英 寧興鳳

摘要：研究甘蔗渣對染料廢水的凈化效果，以亞甲基藍模擬廢水作為研究對象，通過恒溫磁力攪拌的方法，結合單因素試驗研究甘蔗渣在不同溫度、攪拌時間、甘蔗渣用量等條件下對亞甲基藍的吸附效果。結果表明，甘蔗渣吸附亞甲基藍的最佳工藝條件為：在100 mL 150 mg/L的亞甲基藍溶液中加入過10目篩后的細甘蔗渣3.0 g，常溫磁力攪拌吸附30 min，亞甲基藍去除率達到99.06%。

關鍵詞：甘蔗渣；亞甲基藍；磁力攪拌；去除率

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）21-5255-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.21.013

Study on the Adsorption of Methylene Blue Dye Wastewater by Bagasse

WENG Yan-ying，NING Xing-feng

（Department of Chemistry and Biology Engineering， Guangxi Colleges and Universities Key Laboratory Breeding Base of Chemistry of Guangxi Southwest Plant Resources， Guangxi Normal University for Nationalities， Chongzuo 532200， Guangxi，China）

Abstract：In order to study the purifying effect of dyestuff wastewater by bagasse， the removal rate of methylene blue was target and methylene blue solution simulated the low concentration of dye wastewater. By the study of relation between single experimental factor such as the concentration，pH and the amount of dye solution，adsorption time and temperature，particle size and dosage of bagasse etc and adsorption effect， the optimum adsorptive removal rate can be obtained： room temperature，t=30 min，solid-liquid ratio was 3∶100，C0=150 mg/L， removal rate of methylene blue with alkaline solution reaches 99.06% by fine bagasse.

Key words： bagasse； methylene blue； magnetic stirring； removal rate

近年來，農(nóng)業(yè)廢棄物的有效利用越來越受到關注[1，2]。甘蔗渣是一種重要的可再生生物質資源，屬于甘蔗壓榨后的副產(chǎn)品，系農(nóng)業(yè)廢棄物的一種。目前甘蔗渣已廣泛應用于造紙和廢水處理[3]。中國甘蔗主要分布于廣西、云南等，特別是廣西崇左甘蔗產(chǎn)量較大。目前對污水的處理方法有氧化或臭氧、活性炭吸附和生物膜法[4]等，但具有效率低、成本高、操作復雜等缺點。因此，尋找成本較低，操作簡單，對染料廢水具有高效去除率的新方法具有重要意義。甘蔗渣中含有纖維素、半纖維素和木質素，成分相對穩(wěn)定，可用作吸附劑[5-8]。由于甘蔗渣來源集中，將其作為吸附劑處理染料廢水，不僅降低了廢水處理的成本，而且操作簡單方便。

染料廢水里含有大量的亞甲基藍、亮藍、亮黃等危害人體健康的物質，考察甘蔗渣對不同染料廢水的吸附作用，發(fā)現(xiàn)甘蔗渣對染料的去除效果較好[9，10]。為此，以亞甲基藍模擬低濃度染料廢水為研究對象，考察從糖廠直接獲得的甘蔗渣在攪拌作用下對亞甲基藍的吸附情況，以期為甘蔗渣的開發(fā)再利用提供基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗所用甘蔗渣來自廣西的崇左糖廠，烘干后置于干燥密閉容器內(nèi)保存?zhèn)溆茫粊喖谆{、95%乙醇，均屬分析純。儀器：722型可見分光光度計（上海舜宇恒平科學儀器有限公司）；DGX-9143 BC-1型烘箱（上海福瑪試驗設備有限公司）；DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鞏義市予華儀器有限責任公司）；SHB80-2B型低速離心機（上海菲恰爾分析儀器有限公司）

1.2 方法

1.2.1 甘蔗渣吸附工藝流程 甘蔗渣吸附工藝流程見圖1。

1.2.2 亞甲基藍去除率的計算 在660 nm處采用分光光度法測定溶液吸光度，根據(jù)標準曲線計算溶液中亞甲基藍的含量，然后根據(jù)亞甲基藍吸附前后質量濃度計算溶液中亞甲基藍的去除率，去除率的計算公式如式（1）所示。

h=（C0-Ce）/C0 （1）

式中，h為亞甲基藍的去除率，%；Co為亞甲基藍溶液初始質量濃度，mg/L；Ce為吸附后亞甲基藍溶液質量濃度，mg/L。

2 結果與分析

2.1 甘蔗渣顆粒度對亞甲基藍吸附效果的影響

準確配制濃度為1 000 mg/L亞甲基藍溶液，稀釋成250 mg/L，分別量取100 mL該溶液，分別加入過篩后的粗、細（10目篩）兩種甘蔗渣3.0 g，30 r/min，25 ℃的恒溫攪拌30 min，離心，取上清液于660 nm波長處測定吸光度，計算去除率，結果如表1所示。

由表1可知，在恒溫磁力攪拌的作用下，細甘蔗渣吸附亞甲基藍的效果比較好，去除率為99.15%，這主要因為細甘蔗渣表面積大，在恒溫磁力攪拌的情況下，與溶液接觸得更加均勻，反應更加充分，使得單位吸附量增加，去除率升高，因此本試驗選擇采用細甘蔗渣對亞甲基藍進行吸附試驗。

2.2 溶液初始濃度對亞甲基藍吸附效果的影響

設置濃度為50、100、150、250、400 mg/L的亞甲基藍溶液，分別加入細甘蔗渣3.0 g，固定其他條件，恒溫攪拌作用下考察初始濃度對亞甲基藍吸附效果的影響，結果如圖2所示。由圖2可知，隨著溶液初始濃度的增大，亞甲基藍的去除率先增大后迅速減小，約在150 mg/L處有最大值。主要原因可能是甘蔗渣吸附飽和之后，繼續(xù)增加溶液濃度，發(fā)生吸附的逆過程，導致去除率下降。因此，選擇150 mg/L為最佳溶液濃度。

2.3 甘蔗渣用量對亞甲基藍吸附效果的影響

設置甘蔗渣質量分別為0.5、1.0、2.0、3.0、5.0 g，分別加入100 mL 150 mg/L的亞甲基藍溶液，固定其他試驗條件，恒溫攪拌作用下考察甘蔗渣用量對亞甲基藍吸附效果的影響，結果如圖3所示。由圖3可知，在亞甲基藍溶液體積、初始濃度以及吸附時間等其他吸附條件不變的前提下，當甘蔗渣用量為0.5～2.0 g時，亞甲基藍的去除率迅速增大；當用量為3.0～5.0 g時，變化趨于平緩，在3.0 g時出現(xiàn)了最大去除率，為98.65%。繼續(xù)增加甘蔗渣的投入量，去除率變化并不大。綜合考慮，當亞甲基藍溶液體積為100 mL時，試驗選擇甘蔗渣的最佳用量為3.0 g，這樣既能得到較好的吸附效果，又避免了資源浪費。

2.4 吸附時間對亞甲基藍吸附效果的影響

設計吸附時間為10、20、30、40、50 min，固定其他試驗條件，恒溫攪拌作用下考察吸附時間對吸附效果的影響，結果如圖4所示。由圖4可知，當溶液初始濃度為150 mg/L，溶液體積為100 mL，吸附溫度為25 ℃，恒溫磁力攪拌速度為30 r/min時，隨著吸附時間的增加，亞甲基藍的去除率先升高后降低，在30 min時出現(xiàn)了最大值，達到99.25%。因此本試驗選擇的最佳吸附時間為30 min，這樣有利于甘蔗渣的充分吸附并且達到最好的吸附效果。

2.5 溫度對亞甲基藍吸附效果的影響

設置溫度分別為20、25、35、45、55 ℃，固定其他條件，恒溫攪拌作用下考察溫度對亞甲基藍吸附效果的影響，結果如圖5所示。由圖5可知，在20 ℃～55 ℃范圍內(nèi)，溫度對亞甲基藍的吸附效果變化并不是很大，都能達到98.6%以上。結合實際吸附情況，本試驗選擇常溫作為亞甲基藍的最佳吸附溫度，操作簡單方便，易于控制。

2.6 溶液體積對亞甲基藍吸附效果的影響

設計150 mg/L的亞甲基藍溶液體積分別為50、100、150、200、300 mL，均加入3 g甘蔗渣，固定其他試驗條件，恒溫攪拌作用下考察溶液體積對亞甲基藍的影響，結果如圖6所示。由圖6可知，針對3 g的甘蔗渣，當溶液體積超過100 mL之后，吸附質已達到飽和狀態(tài)，繼續(xù)增加溶液體積，去除率不但沒有增加，反而引起了較差的吸附效果。這可能是發(fā)生了吸附的逆過程，使得吸附效果降低。綜合考慮，對3.0 g甘蔗渣，選擇最佳溶液體積為100 mL。

2.7 pH對亞甲基藍吸附效果的影響

為了研究溶液pH對亞甲基藍吸附效果的影響，采用HCl溶液和NaOH調節(jié)溶液pH，設計pH為2、5、7、9、11，固定其他試驗條件，結果如圖7所示。由圖7可知，在酸性條件下，甘蔗渣對亞甲基藍的吸附效果較差，在堿性條件下，去除率比較高，都達到了98%以上，且較穩(wěn)定。本研究對所用的亞甲基藍溶液測定了pH，數(shù)值為8.85。因此可確定試驗所用的顆粒度較小的甘蔗渣適合吸附堿性條件下的亞甲基藍。

綜上所述，根據(jù)以上7組單因素試驗結果，確定了在恒溫磁力攪拌作用下，顆粒度小的甘蔗渣適合堿性亞甲基藍溶液的吸附，最佳吸附條件為：細甘蔗渣3.0 g，加入100 mL初始濃度為150 mg/L的亞甲基藍溶液，常溫磁力攪拌30 min。在最佳條件下，試驗重復3次，平均去除率達到99.06%，證明該方法簡便可靠。

3 小結與討論

通過恒溫攪拌作用下甘蔗渣吸附亞甲基藍的單因素試驗，得到以下兩方面的結論：

一方面甘蔗渣的粗細、溶液初始濃度、甘蔗渣用量、吸附時間、吸附溫度、溶液體積、溶液pH等因素都會對甘蔗渣吸附亞甲基藍的效果產(chǎn)生影響。單因素試驗確定的最佳工藝條件為：細甘蔗渣3.0 g，加入100 mL 150 mg/L亞甲基藍溶液，常溫磁力攪拌30 min，亞甲基藍的去除率達到99.06%。另一方面本試驗初步研究了甘蔗渣在處理廢水中的使用價值，為繼續(xù)探究應該如何充分利用甘蔗渣提供了一定的基礎，但試驗直接采用去離子水溶解亞甲基藍粉末配制成的溶液作為模擬工業(yè)廢水，雖然消除了其他因素對吸附效果的干擾，而生活中的染料廢水里含有多種物質，對吸附效果會產(chǎn)生一定的影響，因此有必要進一步改進溶液成分，以提高實際應用價值。

參考文獻：

[1] 吳 春，高彥杰，劉 寧.玉米芯吸附處理工業(yè)廢水中染料的方法研究[J].食品科學，2007，28（8）：188-191.

[2] 楊 帆，宋小杰，韋文美.農(nóng)產(chǎn)品廢棄物對染料廢水處理研究進展[J].安徽建筑工業(yè)學院學報（自然科學版），2009，17（4）：69-73.

[3] 王允圃，李積華，劉玉環(huán)，等.甘蔗渣綜合利用技術的最新進展[J].中國農(nóng)學通報，2010，26（16）：370-375.

[4] 魏勝華，王 瑾，朱龍寶.改性甘蔗渣吸附水溶液中酸性染料的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2009，37（11）：5078-5080.

[5] 熊佰煉，崔譯霖，張進忠，等.改性甘蔗渣吸附廢水中低濃度Cd2+和Cr3+的研究[J].西南大學學報（自然科學版），2010，32（1）：118-123.

[6] 廖芳麗，何 莎，江莎莎.改性甘蔗渣吸附廢水中低濃度Cu2+的研究[J].環(huán)境污染與防治，2012，34（2）：65-67.

[7] 楊豐科，王守滿，姜 萍，等.利用農(nóng)業(yè)廢棄物作為吸附劑處理重金屬離子[J].化學與生物工程，2009，26（6）：1-3，10.

[8] 張莉莉，陳國強.改性甘蔗渣對直接染料吸附性能研究[J].針織工業(yè)，2014（4）：57-60.

[9] 安世杰，孫宜敏.甘蔗渣對染料廢水的吸附試驗研究[J].工業(yè)用水與廢水，2007，28（6）：81-83.

[10] 劉敬勇，黃桂虹，鄧俊強，等.甘蔗渣對亞甲基藍的吸附性能試驗研究[J].廣東工業(yè)大學學報，2013，30（2）：123-128.