秸稈對(duì)有色廢水的吸附實(shí)驗(yàn)

李勁駒，陳潔婷，魏淑娃，許凌萍，顏進(jìn)華

（廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510300）

秸稈對(duì)有色廢水的吸附實(shí)驗(yàn)

李勁駒，陳潔婷，魏淑娃，許凌萍，顏進(jìn)華

（廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510300）

該文以甘蔗渣和稻草粉為吸附劑，分別對(duì)染料配制的模擬廢水進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：2種吸附劑均可以高效地吸附紅、藍(lán)和黑等3色染料，并且吸附時(shí)間短，吸附溫度影響小，吸附劑用量低；pH在5～7范圍內(nèi)吸附率最高，pH低于5以后吸附率顯著下降。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可為纖維質(zhì)類生物吸附材料在造紙有色廢水吸附處理中的應(yīng)用提供參考。

甘蔗渣；稻草粉；吸附劑；染料；造紙廢水

農(nóng)作物廢棄物作為吸附劑的研究已取得很多成果并成為一種新的材料，即生物吸附材料，如甘蔗渣、秸稈、花生殼、椰子殼、稻谷殼等等。開發(fā)這些生物吸附材料應(yīng)用于造紙有色廢水顏色吸附具有很大優(yōu)勢(shì)，可以解決廢水處理產(chǎn)生大量污泥的后續(xù)問(wèn)題。同時(shí)生物吸附材料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，可以大量使用。南方農(nóng)作物秸稈如甘蔗渣和稻草稈產(chǎn)量非常豐富，是農(nóng)作物廢棄物的主要來(lái)源。

開發(fā)甘蔗渣和稻草稈應(yīng)用于造紙有色廢水吸附研究還較少。本文以稻草稈和甘蔗渣為吸附材料，分別對(duì)模擬有色廢水進(jìn)行染料吸附實(shí)驗(yàn)，研究不同吸附條件下，吸附劑的吸附率變化，為秸稈在造紙工業(yè)廢水處理中應(yīng)用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

稻草稈，取自華南農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)；甘蔗渣，市購(gòu)；染料4BS紅、嫩黃、FBL藍(lán)和黑G，廣東某公司提供。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

秸稈和甘蔗渣洗滌干凈，自然涼干，分別粉碎成100目細(xì)度的顆粒，采用陽(yáng)離子醚化改性，用75%乙醇洗滌干凈，低溫烘干為吸附劑，備用。

將4BS紅、嫩黃、FBL藍(lán)和黑G等4種染料分別配制成質(zhì)量濃度為50 mg/L的模擬廢水，各取50 mL，加入1 g吸附劑，混合均勻，在一定時(shí)間、溫度、pH條件下進(jìn)行吸附，對(duì)比吸附前后水的吸光度，由此計(jì)算吸附率。吸附率高，表示吸附效果好，水清澈干凈。

2 結(jié)果與分析

選用4BS紅為染料廢水吸附對(duì)象，改變吸附時(shí)間、吸附溫度、吸附劑用量、吸附體系pH和初始廢水濃度等不同吸附條件進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，結(jié)果分別如下。

2.1 吸附時(shí)間對(duì)吸附率的影響

吸附時(shí)間從30～120 min變化，固定其他實(shí)驗(yàn)條件，即染料廢水質(zhì)量濃度50 mg/L，溫度30℃，中性體系，1 g吸附劑，甘蔗渣和稻草粉的吸附結(jié)果如圖1所示。

圖1 吸附時(shí)間對(duì)甘蔗渣和稻草粉吸附率的影響

從圖1可看出，吸附時(shí)間延長(zhǎng)，吸附效率提高，在吸附時(shí)間30～120 min的范圍，2種吸附劑吸附率都很高，60 min以后吸附率基本恒定。以下實(shí)驗(yàn)的吸附時(shí)間選擇90 min。

2.2 吸附溫度對(duì)吸附率的影響

在吸附溫度20～90℃范圍內(nèi)，固定其他實(shí)驗(yàn)條件，即染料廢水質(zhì)量濃度50 mg/L，吸附時(shí)間90 min，中性體系，1 g吸附劑，甘蔗渣和稻草粉的吸附結(jié)果如圖2所示。

圖2 吸附溫度對(duì)甘蔗渣和稻草粉吸附率的影響

從圖2可以看出，溫度升高，吸附率降低較少。溫度對(duì)2種吸附劑的影響接近。相對(duì)來(lái)說(shuō)，溫度30℃時(shí)的吸附率稍好。因?yàn)榈蜏貢r(shí)，吸附體系內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)速度降低，吸附劑接觸染料色料分子機(jī)會(huì)降低，吸附率低。溫度升高后，吸附機(jī)會(huì)增加，但同樣解吸機(jī)會(huì)也增加，平衡2種速度后，宏觀的吸附率變化不大。以下實(shí)驗(yàn)的吸附溫度選擇30℃。

2.3 吸附劑用量對(duì)吸附率的影響

吸附劑用量是另一個(gè)影響吸附率的因素。圖3是吸附劑用量與吸附率的變化曲線，吸附劑用量的變化范圍為0.6～1.4 g，其他實(shí)驗(yàn)條件固定，即染料廢水質(zhì)量濃度50 mg/L，吸附溫度30℃，中性體系，吸附時(shí)間90 min。

圖3 吸附劑用量對(duì)甘蔗渣和稻草粉吸附率的影響

從圖3可看出：增加吸附劑用量，吸附率稍有提高，增加并不多；吸附率均較高，高于90%。說(shuō)明采用增加吸附劑用量的方法提高吸附率，其提高幅度不大。

2.4 吸附系統(tǒng)的pH對(duì)吸附率的影響

吸附系統(tǒng)的pH變化可以改變吸附的酸堿性，從而影響吸附劑對(duì)染料的吸附力。一般認(rèn)為染料是帶負(fù)電性的分子，與吸附劑的陽(yáng)離子性可以形成牢固的電荷吸引。降低pH有利于醚化吸附劑的陽(yáng)離子性體現(xiàn)，提高吸附率。

固定其他吸附條件，pH變化的吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 吸附系統(tǒng)的pH對(duì)甘蔗渣和稻草粉吸附率的影響

從圖4可看出，pH在5～7的吸附率最高，pH低于5以后，吸附率顯著降低。原因可能是，更低的pH條件下，酸性體系使不耐酸的纖維素基材的吸附劑降解，宏觀上表現(xiàn)為吸附率的降低。

2.5 染料廢水的初始濃度對(duì)吸附率的影響

染料廢水濃度也是影響吸附率的因素。固定其他吸附條件，改變?nèi)玖蠌U水的初始濃度，吸附率結(jié)果如圖5所示。

圖5 染料廢水的初始濃度對(duì)甘蔗渣和稻草粉吸附率的影響

從圖5可看出，染料廢水的初始濃度提高，吸附率降低。這是因?yàn)槲絼┬栉降牧吭龆啵絼┻_(dá)到平衡吸附時(shí)的殘留量更多，表現(xiàn)為吸附率的降低。

2種吸附劑的吸附等溫線、吸附常數(shù)和吸附方程需進(jìn)一步分析推算，其結(jié)果將在后續(xù)論文中討論。

2.6 吸附劑對(duì)不同染料的吸附效果比較

采用甘蔗渣和稻草粉2種吸附劑，分別對(duì)另外藍(lán)、黃、黑等3色染料進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，吸附條件與以上紅色染料相同：吸附時(shí)間90 min，中性體系，吸附劑用量1 g，染料廢水初始質(zhì)量濃度50 mg/L，在不同吸附溫度下甘蔗渣和稻草粉吸附結(jié)果分別如圖6和圖7所示。

圖6 甘蔗渣對(duì)4種染料的吸附效果比較

圖7 稻草粉對(duì)4種染料的吸附效果比較

從圖6和圖7可以看出：在實(shí)驗(yàn)的溫度范圍內(nèi)，4種染料中除黃色染料外，另外3種染料的吸附規(guī)律相近，吸附率也相近；黃色是嫩黃染料，2種吸附劑均表現(xiàn)相同，溫度提高，吸附率明顯降低。具體原因有待進(jìn)一步研究。

因而，采用纖維質(zhì)吸附劑吸附染料廢水，除黃色染料外，對(duì)紅、黑和藍(lán)色染料的吸附效果均好。

由于以上4種染料廢水的吸附比較中，黃色染料的表現(xiàn)特別不同，吸附率很低，我們對(duì)甘蔗渣在其他吸附條件下的黃色吸附率進(jìn)行了比較，結(jié)果如圖8和圖9所示。

從圖8可看出：黃色染料的吸附率隨吸附時(shí)間的延長(zhǎng)基本維持穩(wěn)定；隨吸附劑用量增加吸附率有增加，但總體吸附率低，最高吸附劑用量（1.4 g）時(shí)，吸附率也在85%以下，而對(duì)比稻草粉吸附劑來(lái)看，其黃色染料的吸附率更低。

從圖9可看出，染料廢水初始濃度的提高和吸附溫度的升高都顯著降低黃色染料的吸附率。

總之，甘蔗渣和稻草粉2種吸附劑對(duì)紅、藍(lán)、黑等3色染料吸附效果不錯(cuò)，對(duì)黃色染料吸附效果較差。吸附黃色染料廢水需要采用更有效的吸附材料。

3 結(jié)論

（1）在紅色染料的吸附實(shí)驗(yàn)中，甘蔗渣和稻草粉2種吸附劑的吸附效果均較好，其吸附條件為：吸附時(shí)間延長(zhǎng)30 min后達(dá)到較高的吸附率，60 min達(dá)到平衡；吸附系統(tǒng)的pH降低，吸附率提高，但pH低于5后吸附率顯著下降，可能是纖維材料降解所致；吸附劑用量增加，吸附率稍有提高，但幅度不大；染料廢水的初始濃度提高，吸附率直線下降，在高濃度染料廢水中吸附劑的吸附率低。

（2）甘蔗渣和稻草粉2種吸附劑對(duì)其他藍(lán)、黃和黑等3色染料廢水的吸附實(shí)驗(yàn)比較后，發(fā)現(xiàn)對(duì)黃色染料吸附效果最差，對(duì)藍(lán)、黑色染料的吸附率與紅色染料相近。

圖8 吸附時(shí)間和吸附劑用量對(duì)甘蔗渣吸附黃色染料效果的影響

圖9 吸附溫度和染料廢水初始濃度對(duì)甘蔗渣吸附黃色染料效果的影響

（3）甘蔗渣和稻草粉2種吸附劑對(duì)黃色染料的吸附條件優(yōu)化后，吸附率仍然較低。

綜上所述，以甘蔗渣和稻草粉為纖維質(zhì)生物吸附劑能有效吸附有色廢水（除去黃色）的染料，吸附率高。這個(gè)結(jié)果可以為開發(fā)農(nóng)作物廢棄物在造紙廢水中吸附處理提供參考。

有關(guān)甘蔗渣和稻草粉2種吸附劑與活性炭及其他吸附材料的比較將在后續(xù)論文中討論。

Straw Straw Used as Absorbing Agent in Colored Waste Water

LI Jin-ju，CHEN Jie-ting，WEI Shu-wa，XU Ling-ping，YAN Jin-hua
（Guangdong Industry Technical College，Guangzhou 510300，China）

Bagasse and rice straw powder were studied as absorbing agent in colored waste water in the paper.The experimental results showed that both powder could absorb red，blue and black dyes efficiently and fast at low dosage.Both of them had little temperature influence.pH was an important factor for absorbing effect，and the best pH range were 5～7.The results provided an example for bio-absorbing agent in paper making colored waste water treatment.

bagasse；rice straw powder；absorbing agent；dye；papermaking waste water

TS79

A

1007-2225（2016）06-0020-04

李勁駒先生（1996-），造紙專業(yè)在讀大專生；現(xiàn)負(fù)責(zé)廣東省大學(xué)生“攀登計(jì)劃”項(xiàng)目，主要研究植物資源改性與利用；E-mail：528015482@qq.com。

2016-09-25（修回）

本文文獻(xiàn)格式：李勁駒，陳潔婷，魏淑娃，等．秸稈對(duì)有色廢水的吸附實(shí)驗(yàn)[J]．造紙化學(xué)品，2016，28（6）：20-23．