蘆花對廢水中染料污染物的吸附去除及回收利用的研究

柴姝名，李 靜，姚靜靜，郭永明

(南陽師范學(xué)院，化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河南 南陽 473061)

蘆花對廢水中染料污染物的吸附去除及回收利用的研究

柴姝名，李 靜，姚靜靜，郭永明*

(南陽師范學(xué)院，化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河南 南陽 473061)

研究了廢棄的蘆花作為吸附劑對廢水中有機(jī)染料污染物的吸附去除性能及對有機(jī)染料的回收利用性能，研究了不同實(shí)驗(yàn)條件(如吸附時間、蘆花質(zhì)量、染料種類、染料濃度等)對蘆花吸附性能的影響。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了不同實(shí)驗(yàn)條件對蘆花的吸附性能產(chǎn)生重要影響，蘆花對陽離子有機(jī)染料的吸附性能最好，我們還發(fā)現(xiàn)蘆花循環(huán)使用且可用于回收廢水中的染料污染物。

蘆花；染料污染物；廢水；吸附；回收利用；研究

有機(jī)染料污染物主要來自染料行業(yè)和紡織工業(yè)，在染料的生產(chǎn)與使用過程中，會排放出含有有機(jī)染料的廢水，這些廢水色澤較深，化學(xué)需氧量高，污染較大，處理比較困難[1-3]。目前出現(xiàn)了許多有機(jī)染料污染物的廢水處理方法或技術(shù)，如吸附法、光催化法、混凝-沉淀法、反滲透法、萃取法、氣浮法、超聲法、化學(xué)氧化法、焚燒法和生物化學(xué)法等[1-3]，這些方法均能很好地處理這些染料廢水，在這些方法之中，利用自然界中可再生的廢棄物處理染料廢水是一種價廉且可再生綠色處理技術(shù)，目前已經(jīng)有牡蠣殼[4]、甘蔗渣[5]、各種農(nóng)作物的秸稈及廢棄物[6-8]等被應(yīng)用于染料廢水的治理中，且取得了較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但是這些天然材料需要進(jìn)行預(yù)處理才能使用，這些材料的預(yù)處理可能會增加材料的制備成本或產(chǎn)生二次污染。 因此我們急需使用天然且未經(jīng)任何處理的廢棄物直接治理染料廢水，這樣既可以降低治污成本，又可以減少二次污染，從而達(dá)到以廢治廢，廢物綜合利用，治理廢水，減少水污染的目的。

蘆花是禾本科植物蘆葦在秋季開的花，主要生長中河邊、池塘等一些濕地中，可作為藥材用于止血解毒[9]，此外蘆花曾經(jīng)被用來編制草鞋等生活用品，隨著生活水平的提高，蘆花逐漸被人們遺棄。由于蘆花具有毛茸茸的結(jié)構(gòu)，比表面積較大，因此我們想充分利用廢棄的蘆花作為吸附劑能夠吸附去除廢水中的有機(jī)染料污染物。

本文研究了廢棄的蘆花作為吸附劑對廢水中有機(jī)染料污染物的吸附去除及回收利用性能。該文采用的蘆花是未經(jīng)任何處理，操作簡便，無需復(fù)雜繁瑣的洗滌等步驟，我們只需把蘆花放置在污水中于一段時間即可達(dá)到去污的目的，而現(xiàn)有的去污劑價格昂貴，我們這種去污劑零成本。該文既利用了廢棄的蘆花，也達(dá)到了去污的目的，同時廢水中有機(jī)染料污染物也可通過蘆花回收利用，具有潛在的應(yīng)用價值，若該項目能夠成功實(shí)施，將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

圖1 蘆花對水體中有機(jī)染料污染物 吸附去除及回收利用的示意圖

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑

本試驗(yàn)采用的蘆花采自南陽市白河國家濕地公園。亞甲基藍(lán)、羅丹明B、結(jié)晶紫等均為分析純物質(zhì)。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

紫外可見分光光度計(上海棱光技術(shù)有限公司)，90-2恒溫磁力加熱攪拌器(金壇市白塔新寶儀器廠)，單道手動可調(diào)移液器(5 mL和1 mL，大龍興創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)，電子天平ME204E(梅特勒-托利多儀器上海有限公司)，臺式電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱DHG-2220B(鄭州安元儀器有限公司)。

1.3 吸附時間對蘆花吸附性能的影響研究

取3 mL濃度約為200 mg/L亞甲基藍(lán)溶液和77 mL純水于燒杯中配制成染料溶液，再加入80 mg蘆花，將其放在攪拌器上，在室溫條件下攪拌，每隔一段時間取上清液，測其在650 nm處的吸光度。

1.4 染料濃度對蘆花吸附性能的影響研究

配制8 mL不同濃度(濃度分別約為6.25 ,12.5 ,18.75 mg/L)的亞甲基藍(lán)水溶液，分別加入20 mg蘆花，在室溫條件下攪拌1 h后，測定溶液在650 nm處的吸光度。

1.5 蘆花的質(zhì)量對蘆花吸附性能的影響研究

取0.5 mL濃度約為200 mg/L亞甲基藍(lán)溶液和7.5 mL純水，配制四個8 mL亞甲基藍(lán)水溶液，分別加入10，20，30 ,40 mg蘆花，在室溫條件下，攪拌1 h后，測上清液在650 nm處的吸光度。

1.6 蘆花對不同種類染料的吸附性能的研究

配制8 mL三種染料的水溶液(羅丹明B、亞甲基藍(lán)和結(jié)晶紫)，分別加入20 mg蘆花，在室溫條件下攪拌1 h后，測上清液在最大吸收波長處的吸光度(羅丹明B的最大吸收波長為552 nm，結(jié)晶紫的最大吸收波長為590 nm)。

1.7 蘆花在染料回收利用中的研究

取1.5 mL濃度約為200 mg/L亞甲基藍(lán)溶液和22.5 mL純水配制成體積為24 mL亞甲基藍(lán)溶液，加入60 mg蘆花，在室溫條件下，攪拌1 h后，測上清液在650 nm處的吸光度。取出吸附亞甲基藍(lán)的蘆花放入24 mL無水乙醇中攪拌15 min，測上清液在650 nm處的吸光度。取出蘆花放入烘箱中烘干后，再放入到亞甲基藍(lán)溶液中進(jìn)行吸附，如此重復(fù)3次。通過對比亞甲基藍(lán)在乙醇溶液中的濃度研究蘆花對亞甲基藍(lán)的回收利用性能。

1.8 蘆花的循環(huán)使用性能的研究

實(shí)驗(yàn)步驟同2.7，只是我們需要通過對比蘆花吸附后的水溶液中亞甲基藍(lán)的濃度研究蘆花的循環(huán)使用性能。

1.9 蘆花的紅外吸收光譜測試

我們將蘆花放入烘箱中徹底烘干，采用KBr壓片法測定蘆花的紅外吸收光譜圖。

1.10 蘆花在實(shí)際水樣中的應(yīng)用

取7.5 mL湖水加入0.5 mL濃度約為200mg/L亞甲基藍(lán)溶液，分別加入10 mg，20 mg，30 mg，40 mg蘆花，在室溫條件下攪拌1 h后，測上清液在650 nm處的吸光度。

2 結(jié)果與討論

本文以亞甲基藍(lán)為模型染料研究蘆花對亞甲基藍(lán)的吸附性能，主要采用紫外-可見分光光度計測定染料在最大吸收波長處的吸光度，通過對比吸附去除率C/C0(C為染料被吸附一定時間時的濃度，C0為染料再吸附之前的濃度，C/C0=A/A0)大小蘆花對染料的吸附性能，C/C0越小，表明蘆花的吸附性能越好，反之亦然。

2.1 吸附時間對吸附性能的影響研究

我們首先研究了蘆花在不同吸附時間內(nèi)的吸附性能，在剛開始吸附時，隨著吸附時間的增加，C/C0值逐漸降低，說明蘆花對亞甲基藍(lán)的吸附率逐漸增加， 當(dāng)吸附時間為60 min時，C/C0值降低到最小，即蘆花對亞甲基藍(lán)的吸附達(dá)到飽和，吸附率達(dá)到最大。當(dāng)吸附時間進(jìn)一步延長，C/C0值并沒有明顯的降低，說明蘆花對亞甲基藍(lán)的最佳吸附時間為60min(圖2)。我們在后面的實(shí)驗(yàn)過程中，都選擇60min作為蘆花對染料的最佳吸附時間。

圖2 在不同吸附時間下蘆花對亞甲基藍(lán)的吸附曲線圖

2.2 不同質(zhì)量蘆花的吸附性能對比影響研究

我們接著研究了不同質(zhì)量的蘆花對亞甲基藍(lán)吸附性能的影響，在實(shí)驗(yàn)過程中，溶液的體積為8 mL時，蘆花的質(zhì)量分別為10，20，30,40 mg，吸附時間為60min，不同質(zhì)量的蘆花對亞甲基藍(lán)的吸附率截然不同，隨著蘆花質(zhì)量的增加，其對染料的吸附率逐漸增加，蘆花的質(zhì)量越大，吸附率越大，當(dāng)蘆花的質(zhì)量為40 mg時，其對亞甲基藍(lán)的吸附率達(dá)到90%以上(圖3)，這說明了蘆花的質(zhì)量對亞甲基藍(lán)的吸附率具有非常重要的影響。

圖3 不同質(zhì)量的蘆花對亞甲基藍(lán)的吸附性能的柱狀圖。

2.3 不同濃度的染料對蘆花吸附性能的影響研究

染料的濃度對蘆花的吸附率也會產(chǎn)生重要的影響，我們配制了三個不同濃度的亞甲基藍(lán)水溶液，向其中加入相同質(zhì)量的蘆花，發(fā)現(xiàn)亞甲基藍(lán)的濃度越高，蘆花對亞甲基藍(lán)的吸附率越低(圖4)，說明染料的濃度對蘆花的吸附率也會有重要影響。

圖4 蘆花對不同濃度亞甲基藍(lán)吸附性能的對比圖

2.4 蘆花對不同種類染料吸附性能的影響研究

我們又研究了蘆花對不同種類染料的吸附性能，不同種類的染料有亞甲基藍(lán)(MB)、結(jié)晶紫(CV)和羅丹明B(RhB)，其中亞甲基藍(lán)和結(jié)晶紫是陽離子染料，而羅丹明B是陰離子染料，這三種染料的濃度保持一致，向三種染料的水溶液中加入的蘆花質(zhì)量保持一致，在吸附時間為60min時，蘆花對它們的吸附率如圖5所示，從圖5中可知，蘆花對陽離子染料具有很好的吸附率，而對陰離子染料幾乎不吸附。這說明了蘆花可用于吸附去除陽離子染料污染物。

螻蛄：以成蟲和若蟲咬食種子，或咬斷幼苗根部，特別喜食剛發(fā)芽的種子，被害部分成絲狀，致使幼苗枯死。螻蛄在土壤表層縱橫穿梭，造成懸種吊根成片死亡。

圖5 蘆花對不同種類染料(MB：亞甲基藍(lán)， CV：結(jié)晶紫，RhB：羅丹明B)吸附性能的對比圖

2.5 蘆花在染料回收利用中的研究

我們接著探索了蘆花對水溶液中的亞甲基藍(lán)的回收利用性能，用C/C0表示蘆花對染料的回收率，把吸附亞甲基藍(lán)的蘆花用鑷子夾出來，再放入到乙醇溶液中，攪拌10min，發(fā)現(xiàn)吸附在蘆花上的亞甲基藍(lán)大部分已經(jīng)溶解在乙醇溶液中，再把蘆花夾出來，亞甲基藍(lán)就從廢水中回收到乙醇中，然后再把乙醇蒸干就可以得到亞甲基藍(lán)染料固體，這樣亞甲基藍(lán)就可以從廢水中被回收出來。同時蘆花吸附的亞甲基藍(lán)可多次被釋放到乙醇用于中，其三次的回收率均超過了35%(圖6)，說明了蘆花可用于多次回收利用廢水中的染料污染物，這是其他天然吸附劑所不具備的一個特點(diǎn)。

圖6 蘆花對亞甲基藍(lán)多次吸附回收性能的對比圖

2.6 蘆花循環(huán)使用性能的研究

又研究了蘆花的循環(huán)使用性能，把在乙醇溶液中釋放過亞甲基藍(lán)的蘆花收集起來并烘干，再作為吸附劑吸附去除水溶液中的亞甲基藍(lán)，吸附完亞甲基藍(lán)后，夾出來再放入乙醇溶液中釋放亞甲基藍(lán)，然后烘干再吸附，如此這樣重復(fù)多次，研究發(fā)現(xiàn)蘆花可循環(huán)使用多次，當(dāng)蘆花循環(huán)使用3次時，其對亞甲基藍(lán)的吸附去除率仍超過90%，說明了蘆花可循環(huán)使用多次，節(jié)約了治污成本(圖7)。

圖7 蘆花對亞甲基藍(lán)多次吸附性能的對比圖

2.7 蘆花對亞甲基對陽離子染料吸附機(jī)理研究

采用紅外吸收光譜儀測定蘆花表面的功能團(tuán)，在3400 cm-1處可能是O-H的伸縮振動吸收峰，2920 cm-1處可能是C-H的伸縮振動吸收峰，而在1650 cm-1處則可指認(rèn)為C=O的伸縮振動吸收峰，在1055 cm-1處可能是O-H的彎曲振動吸收峰(圖8)[10-11]。以上分析結(jié)果表明蘆花表明可能含有羧基，羧基與帶正電荷的陽離子染料可通過靜電相互吸引而產(chǎn)生吸附，因此蘆花對陽離子染料產(chǎn)生特異性的吸附。

圖8 蘆花的紅外吸收光譜圖

2.8 蘆花在實(shí)際水樣中的應(yīng)用研究

我們以湖水作為實(shí)際水樣，向湖水中加入一定量的亞甲基藍(lán)，研究不同質(zhì)量的蘆花對實(shí)際水樣中染料的吸附性能，研究發(fā)現(xiàn)蘆花質(zhì)量越大，其對湖水中亞甲基藍(lán)吸附性能越好，40 mg蘆花對湖水中亞甲基藍(lán)的吸附去除率超過了85%，說明了蘆花可用于廢水中染料的吸附去除及回收利用(圖9)。

圖9 不同質(zhì)量蘆花對湖水中亞甲基藍(lán)吸附性能的對比圖

3 結(jié)論

總之，在本文中我們研究了廢棄的蘆花作為吸附劑對廢水中有機(jī)染料污染物的吸附去除性能及對有機(jī)染料的回收利用性能。研究了不同實(shí)驗(yàn)條件(如吸附時間、蘆花質(zhì)量、染料種類、染料濃度等)對蘆花吸附性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：蘆花對陽離子有機(jī)染料具有很好的吸附性能，其具有很快吸附動力學(xué)，在1h之內(nèi)即可完成吸附，蘆花的質(zhì)量越大，吸附性能好，染料濃度大的吸附效果好，此外，我們還發(fā)現(xiàn)蘆花還可用于回收廢水中的有機(jī)染料，且釋放染料后的蘆花還可以循環(huán)使用吸附去除有機(jī)染料污染物。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明廢棄的蘆花可循環(huán)用于吸附去除廢水中的陽離子有機(jī)染料污染物，且可用于廢水中陽離子有機(jī)染料的回收利用，達(dá)到以廢治廢、治理污水、降低水污染的目的。

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(本文文獻(xiàn)格式：柴姝名，李 靜，姚靜靜，等.蘆花對廢水中染料污染物的吸附去除及回收利用的研究[J].山東化工，2017，46(12)：198-201.)

Study on Reed Catkins for AdsorptionRemoval and Recycling of Dye Pollutants in Wastewater

ChaiShuming,LiJiang,YaoJingjing,GuoYongming

(Chool of Chemistry and Pharmaceutical Engineering, Nanyang Normal University,Nanyang 473061,China)

In this paper, we studied reed catkins for adsorption removal and recycling of organic dye pollutants in wastewater. We investigated the influence of different experimental conditions (such as adsorption time, quality of reed catkins, dye species, dye concentration) on the adsorption properties of reed catkins. The results revealed that these experimental conditions exhibited great effect on the adsorption properties of reed catkins. And the adsorption properties for cationic dye were best. In addition, we found that reed catkins could be recycled for the adsorption of dye pollutants in wastewater.

reed catkins; dye pollutants; wastewater; adsorption; recycling; study

2017-04-27

南陽師范學(xué)院2016-2017學(xué)年實(shí)驗(yàn)(訓(xùn))室開放項目(SYKF2016013)；南陽師范學(xué)院2016年度校級教學(xué)研究項目(2016-JXYJYB-01);河南省科技攻關(guān)計劃項目(172102310668)；南陽師范學(xué)院專項項目(ZX2014043)

柴姝名(1996-)，女，河南焦作人，2015級化學(xué)專業(yè)本科生；通訊作者：郭永明(1986- )，河南周口人，講師，主要從事功能納米材料的合成和生化分析。

O57；X703

A

1008-021X(2017)12-0198-04