玉米秸稈基多孔炭凈化水體中染料結晶紫的研究

裴薪楠，劉之茵，王婧彤，楊 斌，郭明明，許宇婷，高 燁

（長春師范大學 化學學院，吉林 長春 130032）

隨著工業不斷發展進步，人們向水體中排入了大量印染廢水，導致水體被嚴重污染[1]。被染料污染過的水源對水體的生態系統及食用水體生物的人類都產生了極大的危害，致畸、致突變和致癌成了水體染料的代名詞。目前，市面上的染料廢水處理方法效率低、成本高，亟待找到成本低、效率高的處理方法。因此，本實驗選擇具有高效吸附能力的多孔炭材料作為吸附劑吸附廢水中的染料[2-4]。玉米秸稈基多孔炭具有較強的吸附能力，且比表面積大、孔體積大、價格低。采用玉米秸稈基多孔炭為吸附劑，操作便捷且效率高，不僅可以有效去除水中溶解的染料，而且對難以去除的染料色度去除效果也較好[5]。用玉米秸稈基多孔炭去除水體中的染料，變廢為寶，符合綠色化學發展理念。

1 實驗方法

將10 mL一定質量濃度的結晶紫溶液與一定量的玉米秸稈基多孔炭混合，將混合后的樣品置于恒溫振蕩器中振蕩，選擇不同吸附條件進行吸附，振蕩結束后算出吸附量q，根據結果探究本實驗的最佳吸附條件。計算公式如下：

式中：q——吸附量，mg/g；ρ0——結晶紫溶液的初始質量濃度，mg/L；ρt——吸附后結晶紫溶液的質量濃度，mg/L；V——結晶紫溶液的體積，L；m——玉米秸稈基多孔炭的質量，g。

2 結果與討論

2.1 標準曲線的確定

測量不同質量濃度結晶紫溶液的吸光度（721分光光度計），繪制結晶紫的標準工作曲線，如圖1所示。由圖1可知，結晶紫溶液的質量濃度和吸光度呈現一定的線性關系，線性方程為：

圖1 吸光度與結晶紫質量濃度的關系曲線

通過標準曲線可以確定吸附后結晶紫的平衡質量濃度，進而確定吸附量。

2.2 單因素實驗

2.2.1 初始質量濃度對吸附量的影響

保持吸附時間、吸附溫度及投炭量一定，改變結晶紫初始質量濃度，進行振蕩吸附。結晶紫初始質量濃度與吸附量的關系如圖2所示。

圖2 結晶紫初始質量濃度與吸附量的關系曲線

2.2.2 吸附時間對吸附量的影響

保持初始質量濃度、吸附溫度及投炭量一定，改變吸附時間t，進行振蕩吸附。吸附時間與吸附量的關系如圖3所示。

圖3 吸附時間與吸附量的關系曲線

2.2.3 投炭量對吸附量的影響

保持初始質量濃度、吸附時間及吸附溫度一定，改變投炭量，進行振蕩吸附。投炭量與吸附量的關系如圖4所示。

圖4 投炭量與吸附量的關系曲線

2.2.4 吸附溫度對吸附量的影響

保持初始質量濃度、吸附時間及投炭量一定，改變吸附溫度，進行振蕩吸附。吸附溫度與吸附量的關系如圖5所示。

圖5 吸附溫度與吸附量的關系曲線

通過研究結晶紫初始質量濃度、吸附時間、投炭量、吸附溫度與吸附量的關系，確定了最佳的單因素吸附條件。最佳結晶紫初始質量濃度為20 mg/L，最佳吸附時間為9 min，最佳吸附溫度為293.15 K（℃=K－273.15），最佳投炭量為0.01 g。

2.3 最佳優化條件選取

對最佳單因素進行響應分析，選取玉米秸稈基多孔炭吸附水體中結晶紫的最佳優化條件。經過附和實驗確定最佳吸附條件為：初始質量濃度ρ0=22 mg/L，吸附時間t=9 min，投炭量m=0.01 g，溫度T=293.12 K。選取最佳吸附條件進行吸附，吸附量可以達到最大，為19.45 mg/g。

3 結語

通過研究玉米秸稈基多孔炭對水體中結晶紫溶液吸附產生影響的單因素吸附條件，明確最佳吸附的單因素條件。對最佳吸附單因素條件進行相應分析后，明確玉米秸稈基多孔炭對水體中結晶紫溶液吸附的最佳條件。當投炭量為 0.01 g、初始質量濃度為22 mg/L、溫度為293.12 K、反應時間為9 min時，吸附量達到最大。在該條件下，將會有效實現玉米秸稈基多孔炭對工業染料廢水中結晶紫的凈化處理，達到最好的凈化效果。通過探究最佳吸附條件，充分發揮玉米秸稈基多孔炭的優勢，用最少量、最環保、最簡便的方式，使結晶紫染料廢水有效凈化。