蛋殼膜對剛果紅80的吸附性能

梁春華，李 蕩

（凱里學院大健康學院，貴州凱里 556011）

在水凈化領域，化合物的國際標準限量值越來越低，工業廢水處理迫在眉睫。染料生產、紡織、造紙工業等都會產生廢水，已經成為典型且有挑戰性的問題。大量事實表明，工業廢水中含有嚴重危害水生生物的致癌物質，在廢水排放前必須去除或盡量減少這些物質。去除廢水中有機污染物的方法有納米光催化［1］、電化學［2］和吸附法［3］等。吸附法由于處理成本低、操作簡單、可利用性強和處理濃度較寬［4-5］，是一種很好的廢水處理技術；活性炭應用廣泛，但費用高、再生和用后處理難［6］。因此很多研究已使用一些低成本和易生物降解的物質作為吸附劑。已有大量研究使用天然物質（如橘子皮、香蕉皮、豆皮［7-8］等）去除染料［9］，本研究主要探討蛋殼膜作為吸附劑去除水溶液中的剛果紅80。

1 實驗

1.1 材料和儀器

剛果紅80（DR80，湖南匯百侍生物科技有限公司），蛋殼（ESM，蛋糕店）；TU-1800PC 紫外-可見分光光度計，Zeiss掃描電鏡。

1.2 蛋殼膜的制備

蛋殼用自來水沖洗后，用雙重蒸餾水洗滌，浸入25%的乙酸溶液中溶解。蛋殼內膜用剛蒸餾的雙重蒸餾水清洗至不顯酸性，40 ℃下烘24 h，干膜碾碎，篩分至小于0.125 mm。

1.3 吸附實驗

取0.05～0.40 g 蛋殼膜加入250 mL 100 mg/L 剛果紅溶液中，用1 mol/L HCl 和NaOH 調節pH（為防止離子強度和有機物干擾，用雙重蒸餾水配制溶液）。

1.4 吸附等溫線實驗

取0.8 g/L 蛋殼膜加入剛果紅染料溶液（pH 2）中，常溫下以200 r/min 振蕩2 h 達到吸附-解吸平衡。一定時間內間隔取樣，離心分離，取上清液測吸光度。

1.5 測試

表面形貌：采用掃描電鏡觀測蛋殼膜和吸附后回收處理的蛋殼膜結構。

去除率：根據朗伯-比爾定律計算染料的質量濃度ρ，染料去除率=（1-ρe/ρ0）×100%（ρe為平衡時染料的質量濃度，ρ0為染料的初始質量濃度）。

2 結果與討論

2.1 蛋殼膜對剛果紅吸附性能的影響因素

2.1.1 蛋殼膜用量

由圖1 可知，隨著蛋殼膜用量增加，染料去除率提高，0.8 g/L 時，染料已基本去除，去除率達97.5%。這是因為蛋殼膜（吸附劑）用量增加，比表面積增大，吸附效果增強。因此，蛋殼膜用量選擇0.8 g/L。

圖1 蛋殼膜用量對吸附性能的影響

2.1.2 接觸時間和染料初始質量濃度

吸附過程是一個吸附-解吸動態平衡過程，分子運動越快越容易被吸附劑吸附，解吸也越快。由圖2可知，90 min 時，去除率趨于平衡，說明90 min 時基本達到吸附-解吸平衡；染料初始質量濃度越低，去除率越好，因為稀溶液的染料分子運動更快。

圖2 接觸時間和染料初始質量濃度對吸附性能的影響

2.1.3 pH

由圖3 可以看出，吸附效果在強酸條件下最好，隨著pH 上升，吸附效果變差。這是因為剛果紅有R—SO3-極性基團，蛋殼膜含有氨基、羥基、羰基等官能團，不同pH 下，染料和蛋殼膜的靜電吸引在吸附中起重要作用；強酸條件下，蛋殼膜官能團電離產生帶正電荷的離子，與染料陰離子產生強靜電吸引；隨著pH 升高，OH-濃度增大，染料與蛋殼膜靜電斥力增強，吸附減弱［10］。

圖3 pH 對吸附性能的影響

2.1.4 蛋殼膜顆粒粒徑

由表1 可知，隨著蛋殼膜顆粒粒徑變小，去除率升高。小于0.120 mm 的蛋殼膜對染料的去除率達到99%。這是由于顆粒徑越小，比表面積越大，吸附能力越強。因此選擇粒徑小于0.120 mm 的蛋殼膜。

表1 顆粒粒徑對吸附性能的影響

2.2 吸附等溫線

為研究蛋殼膜對剛果紅染料的吸附特性，在等溫下進行吸附實驗，結果見圖4。對吸附數據分別使用Langmuir、Freundlich 方程進行擬合。由表2 可知，0

圖4 蛋殼膜對剛果紅染料的吸附等溫線

表2 Langmuir 和Freundlich 吸附等溫線相關參數

2.3 SEM

由圖5 可知，吸附前蛋殼膜表面有很多孔隙，對染料有較強的吸附性；吸附后回收處理的蛋殼膜結構與吸附前沒有太大差別，說明蛋殼膜表面的孔隙結構在吸附過程中沒有改變，可重復利用。

圖5 吸附前（a）、后（b）蛋殼膜的SEM

3 結論

（1）蛋殼膜對剛果紅染料的吸附用Langmuir 和Freundlich 兩個模型模擬都適合，Freundlich 方程的擬合系數稍高。

（2）強酸條件下，蛋殼膜的官能團電離產生帶正電荷的離子，與染料陰離子具有強的靜電吸引作用，吸附效果相對最好。

（3）吸附前后蛋殼膜的表面形貌沒有多大變化，可重復利用。