基于正交試驗的稻殼粉吸附錳條件分析

傅妍芳 朱琪琪 汪雨

摘要：利用稻殼粉對水中的錳進行吸附，采用L1644正交表進行正交試驗，考察初始濃度、稻殼粉用量、pH值、吸附時間對錳去除率的影響，確認影響最大的因素和最優的實驗條件，確定等溫吸附模型以及吸附后的稻殼粉的再生方式.結果表明：最大的影響因素pH值，其次是吸附時間，最佳的吸附條件為：初始濃度在80mg/L的含錳廢水中加入60g/L的稻殼粉，調節pH值為7，吸附30分鐘稻殼粉對錳吸附符合Langmuir等溫模型，吸附劑可以經過再生循環使用，避免二次污染.

關鍵詞：正交實驗法;稻殼粉;吸附;錳

中圖分類號：X132? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）06-0081-02

錳是一種人體必需的微量元素，在維持人體健康方面發揮重要作用，但是錳攝入過量也會導致健康風險[1]，生活飲用水衛生標準（GB5749-2006）中錳的限量為0.1mg/L，在污水綜合排放標準（GB 8978-1996）中錳為第二類污染物指標，一級排放標準最高允許排放濃度為2mg/L.因此如何除錳也是研究熱點之一.吸附法因為簡單有效，二次污染小等原因在污染控制方面有很多應用，生物吸附劑的應用目前也十分廣泛[2].稻殼粉是一種具有較強的韌性且多孔的農林廢棄物，主要成分為纖維素、木質素和二氧化硅等[3].稻殼粉的資源化途徑主要是利用其特殊結構制成稻殼基活性炭、稻殼粉復合材料等[4].利用稻殼粉的特殊性質，可以通過表面絡合機理吸附錳[5]，研究稻殼粉吸附錳的影響因素對稻殼粉的資源化具有十分重要的意義.

1 材料和儀器

1.1 材料

稻殼粉購置于池州市某生態米廠，錳標準溶液（國家有色金屬及電子材料分析測試中心），氫氧化鈉、鹽酸、硫酸錳、焦磷酸鉀、乙酸鈉、高碘酸鉀（分析純，上海國藥集團化學試劑有限公司）.

1.2 儀器

752N紫外可見分光光度計（上海精科），PHS-25C數顯酸度計（上海宇隆儀器有限公司），HY-4調速多用振蕩器（江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠），離心機（常州金壇高科儀器廠）.

2 方法

2.1 錳含量測定

根據GB/T5750.6-2006中3.4高碘酸鉀氧化法.

2.2 稻殼粉的預處理

稻殼粉用純水至少洗滌3次，再用純水浸泡過夜后過濾，在烘箱中干燥5h后冷卻過篩，保存于干燥器中待用.

2.3 吸附實驗

配置一定濃度的硫酸錳溶液，吸取100mL于三角瓶中，加入一定量的稻殼粉，調節pH后，在室溫下震蕩一定時間后，取上清液過濾后測試.計算稻殼粉對錳的去除率η和平衡吸附密度Qe.

2.4 正交試驗的設計

根據正交試驗的設計方法，選取pH值（A）、待測液初始濃度（B）、稻殼粉用量（C）和吸附時間（D）為考察因素，采用L1644正交表進行正交試驗[5]，因素的設定見表1所示，實驗時溫度為室溫25℃.

3 結果與討論

3.1正交試驗結果分析

根據極差分析結果可知，各因素對錳去除率的影響重要性的排序為：pH值影響最大，其次是吸附時間，然后是稻殼粉用量，影響小的因素是含錳廢水的初始濃度.最優的吸附條件是：初始濃度在80mg/L的含錳廢水中加入60g/L的稻殼粉，調節pH值為7，吸附30分鐘.

3.2 等溫吸附模型分析

在25℃時，配置100mL不同濃度的含錳廢水，加入0.4g的稻殼粉，調節pH值為7，進行吸附，吸附時間在1h以上，測得并計算平衡吸附密度Qe和平衡時的濃度Ce，繪制吸附等溫線，R2=0.99，線性關系較好，符合Langmuir模型，見圖1.

3.3 稻殼粉的再生處理

使用0.1mol·L-1鹽酸溶液對已經吸附錳的稻殼粉進行解吸.解吸后的稻殼粉經0.1mol·L-1氫氧化鈉活化后用純水洗滌后進行下一輪實驗.可進行多次循環使用[6]，避免二次污染.

4 結論

（1）使用稻殼粉作為吸附劑可以有效地吸附水中的錳，影響吸附的效果的主要因素是pH值，最佳的吸附條件是：初始濃度在80mg/L的含錳廢水中加入60g/L的稻殼粉，調節pH值為7，吸附30分鐘.

（2）稻殼粉吸附錳的符合Langmuir模型.

（3）稻殼粉可以經過再生循環利用，可用于實際.

參考文獻：

〔1〕李繼云，徐冰峰，黃兆龍等.核桃殼對二價錳離子（Mn2+）的吸附性能[J].凈水技術，2012，31（4）：98-101.

〔2〕鞏苗苗，王光榮.生物吸附劑及其研究進展[J].赤峰學院學報（自然科學版），2018，34（6）：36-39.

〔3〕楊艷坤，李激，陳曉光等.稻殼粉調理對污泥脫水性能及脫水液水質的影響[J].中國給水排水，2017，33（13）：113-118.

〔4〕趙黎明，王士強，顧春梅等.稻殼理化特性及其綜合利用研究進展[J].黑龍江農業科學，2017，39（3）：147-151.

〔5〕Krishnani K，Meng X，Christodoulatos C，et al. Biosorption mechanism of nine different heavy metals onto biomatrix from rice husk[J].Journal of Hazardous Materials，2008，153（3）： 1222-1234.

〔6〕董如何，肖必華，方永水.正交試驗設計的理論分析方法及應用[J].安徽建筑工業學院學報（自然科學版），2004，12（6）：103-106.