柚子皮對陽離子染料結晶紫的吸附性能研究

陳巖

摘 ?????要：研究了柚子皮對陽離子染料結晶紫的吸附性能，考察了不同因素條件變化對柚子皮吸附結晶紫效果的影響，包括振蕩吸附時間、柚子皮加入量、鹽、溫度和結晶紫濃度等，進一步探討了吸附等溫式。結果表明柚子皮吸附結晶紫最佳時間為90 min，柚子皮加入量和鹽加入對結晶紫吸附效果有一定的影響，低溫條件下柚子皮吸附結晶紫的效果更好。柚子皮吸附結晶紫對Langmuir吸附等溫式擬合的更好。298 K時，柚子皮最大吸附容量qm為138.89 mg/g。

關 ?鍵 ?詞：柚子皮;結晶紫;吸附

中圖分類號：O 647.3 ???????文獻標識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）06-1209-04

Abstract： The adsorption performance of pomelo peel to cationic dye crystal violet was studied. The effect of different factors such as oscillating time， pomelo peel dosage， salts， temperature and initial crystal violet concentration on crystal violet adsorption on the pomelo peel was investigated. The adsorption isotherm was further discussed. The results showed that the optimum adsorption time of crystal violet by pomelo peel was 90 min. The addition of pomelo peel and salts had some effect on the adsorption of crystal violet. The adsorption effect of crystal violet by pomelo peel was better at low temperature. The adsorption of crystal violet by pomelo peel conformed to Langmuir adsorption isotherms better. The maximum adsorption capacity qm was 138.89 mg/g at 298 K.

Key words： Pomelo peel; Crystal violet; Adsorption

隨著工業的發展，由于染料有關產品的需求增加，所以染料廢水成為了嚴重水污染問題的主要來源之一。在地表水中發現的染料的來源主要是染料工業排放。特別是紡織廢水，染料濃度很高。導致水體不適合人類飲用、娛樂活動和其他生物的存活。而且染料在環境中不易于自然降解，對環境影響較大。染料廢水常用的處理方法主要有混凝、氧化、光降解、吸附等[1-3]，其中吸附法由于簡便、快捷、處理效果好等特點，是常用染料廢水處理方法之一。結晶紫是一種常用的人工合成的堿性染料，屬于三氨基三苯甲烷類化合物。很多吸附劑被用于處理結晶紫廢水，包括復合水凝膠[4]、粘土礦物[5]、樹脂[6]、生物廢棄物[7，8]等。

柚子是我國南方產量豐富的水果之一，營養價值高，還有一定醫用價值。柚子皮屬于農業廢棄物，大多都直接丟棄，并沒有有效利用。在腐解過程中不僅對環境有害，而且也是對生物質資源的浪費。因為柚子皮中含有果膠、纖維素、半纖維素、木質素、葡萄糖和果糖等，有豐富的羥基和羰基等活性基團，可以與污染物相互作用[9]，也可以作為制備碳材料的前驅體，在各個領域可能具有廣泛的應用[10]。柚子皮已被用于吸附重金屬、有機物、染料[11-13]等。本文主要研究了柚子皮對陽離子染料結晶紫的吸附性能。

1 ?實驗部分

1.1 ?儀器與試劑

ALC-2104電子天平）、UV-1102紫外可見分光光度計、pHS-3C系列pH計、DHG-9146A電熱恒溫鼓風干燥箱、FW-100高速萬能粉碎機;LD5-2A低速離心機、HZQ-C空氣浴振蕩器。

結晶紫、NaOH、HCl、NaCl、CaCl2等均為分析純。

1.2 ?實驗方法

1.2.1 ?柚子皮的預處理

購買市售柚子，將柚子皮用清水清洗后，去除灰塵和溶于水的物質，掰成小塊，于80 ℃鼓風干燥箱中烘24 h，烘干后用粉碎機粉碎，裝袋封存。后續實驗中分別稱取一定量進行相關研究。

1.2.2 ?吸附實驗

用分析天平準確稱取系列一定質量柚子皮粉末，置于150 mL錐形瓶中，各加入100 mg/L結晶紫溶液50 mL（結晶紫初始濃度影響實驗除外），改變不同影響因素如吸附時間、柚子皮加入量、鹽濃度、溫度和結晶紫濃度等進行實驗，在一定溫度下振蕩90 min（時間實驗除外）后離心分離，取一定量上清液測定溶液中剩余結晶紫濃度，并計算吸附率和吸附量qe。

2 ?結果與討論

2.1 ?振蕩吸附時間對柚子皮吸附結晶紫效果影響

通過反應時間對吸附影響，可以確定柚子皮吸附結晶紫溶液達到吸附平衡所需要的時間。一系列1 g/L柚子皮與100 mg/L結晶紫溶液50 mL混合樣品，分別在振蕩器上振蕩5～180 min。在不同時間取出一個樣品，離心后取上清液測定反應后溶液中剩余結晶紫的濃度。實驗結果見圖1。

由實驗結果可見，柚子皮吸附結晶紫的吸附率和qe隨時間變化整體呈現先增加后減小的趨勢。在吸附時間5 min時，柚子皮對100和80 mg/L結晶紫的吸附率分別達到76.7%和90.0%。之后隨著時間的增加，吸附率增大后有稍有一定變化。對于80 mg/L結晶紫，柚子皮對其吸附在10和90 min效果均較好。對于100 mg/L結晶紫，柚子皮對其吸附在90 min效果最好，90 min后，隨著時間的增加，吸附率反而逐漸減小。這可能是時間過長又發生的解析作用，所以使得柚子皮對結晶紫吸附率又逐漸減小。后續實驗中柚子皮吸附結晶紫的吸附時間均采用90 min。

2.2 ?柚子皮加入量對其吸附結晶紫的影響

柚子皮加入量0.6 ～6 g/L分別與100 mg/L結晶紫50 mL混合振蕩90 min，圖2為柚子皮加入量對結晶紫吸附效果的影響。

在柚子皮加入量范圍內，結晶紫吸附率先迅速增加，之后又緩慢減小，qe一直減小。柚子皮加入量0.6 g/L時，結晶紫吸附率77.9%，qe為129.8 mg/g;柚子皮加入量1 g/L，結晶紫吸附率增大到91.3%，qe為91.3 mg/g。柚子皮加入量2 g/L后，隨著柚子皮加入量的繼續增加，結晶紫吸附率呈逐漸減小的趨勢。而qe則隨著柚子皮加入量的增大逐漸減少。當柚子皮加入量為6 g/L時，吸附率減小為85.6%，此時qe值較小，降到14.3 mg/g。此現象表明，并非柚子皮加入量越多越利于結晶紫吸附率的增加。綜合考慮吸附率和qe，柚子皮加入量1～2 g/L適用于吸附結晶紫。

2.3 ?鹽對柚子皮吸附結晶紫影響

柚子皮加入量2 g/L，100 mg/L結晶紫50 mL，分別加入一定量NaCl 和CaCl2控制鹽濃度在0～0.24 mol/L，震蕩90 min，離心后取上清液測吸光度計算吸附率和qe。由圖3可以看出，NaCl加入不利于柚子皮對結晶紫的吸附，柚子皮吸附結晶紫的吸附率和qe減小;而CaCl2加入有利于柚子皮對結晶紫的吸附，使柚子皮對結晶紫的吸附率和qe增大。在CaCl2濃度0～0.02 mol/L范圍內，柚子皮吸附結晶紫吸附率隨鹽濃度增加而迅速增加，吸附率增加到97.1%，吸附效果增加明顯，CaCl2濃度超過0.02 mol/L之后，柚子皮吸附結晶紫吸附率變化的較小。

從圖4中可以看出，當結晶紫的初始濃度從80 mg/L增加到180 mg/L時，柚子皮對結晶紫的吸附率逐漸減小，qe明顯增大。在柚子皮用量一定的情況下，當溶液中結晶紫濃度較低時，柚子皮上有大量的吸附位點，可以迅速地與結晶紫發生吸附作用，使得結晶紫吸附率較高[14]。隨著結晶紫濃度的增加，溶液中結晶紫逐漸過量，吸附位點很快達到飽和，柚子皮吸附結晶紫趨于平衡，所以吸附速率逐漸減慢，吸附率降低[15]。由圖4還可以看出，溫度越低時，結晶紫吸附率和qe越大，表明柚子皮吸附結晶紫為放熱反應，升高溫度不利于結晶紫吸附。

對Langmuir吸附等溫式擬合的更好，R2更接近于1。表明柚子皮表面均勻，各處的吸附能較接近，被結晶紫分子單分子層覆蓋。由Langmuir吸附等溫式可以得出298～313 K的qm分別為138.89 mg/g、136.99、138.89、133.33 mg/g。根據Freundlich理論，1/n與吸附劑表面的不均勻性有關，當0<1/n1時，吸附不易進行[16];柚子皮吸附結晶紫的1/n在0.1～0.5之間，所以柚子皮對結晶紫的吸附屬于容易吸附。

3 ?結 論

本文主要研究了柚子皮對陽離子染料結晶紫的吸附性能。柚子皮吸附結晶紫的最佳時間為90 min。柚子皮加入量對結晶紫吸附效果有一定影響，投加量增加后，結晶紫吸附率先明顯增加后緩慢減小，qe減小，最佳柚子皮加入量為1～2 g/L。CaCl2加入會促進柚子皮對結晶紫的吸附效果，NaCl加入則相反，抑制了結晶紫的吸附效果。隨著結晶紫濃度的增加，吸附率減小，qe增大。低溫更利于結晶紫吸附。柚子皮吸附結晶紫更符合Langmuir吸附等溫式，298 K時，最大吸附量qm為138.89 mg/g。

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