橘子皮对水溶液中活性艳蓝的吸附研究

王丽敏，王继录，刘 扬

(1.吉林化工学院环境与生物工程学院，吉林吉林132022;2.吉林石化物资采购公司，吉林吉林132022;3.中国农业机械化科学研究院，北京100083)

合成染料在许多行业得到广泛应用，如食品、造纸、橡胶、塑料、纺织等.来自于这些行业的工业废水进入到天然水体中，产生了许多严重的问题，如增加水体COD值、水体透明度下降从而影响水生植物的光合作用等［1］.因此染料废水在排入受纳水体前必须要进行处理.许多方法可以用来去除废水中的染料，如Fendon试剂法，光催化法，生物降解法，电化学降解法及吸附法等［2］.活性炭吸附是一种很好的去除废水中染料的方法，但其成本太高.寻找能替代活性炭的低成本吸附剂是目前受到研究者关注的一个领域.我国是农业大国，每年产生大量的农业废弃物，这些废弃物中一部分对染料显示出了良好的吸附性能［3］.榴莲皮，杏壳，柚子皮，蚕豆皮，玉米轴穗、玉米秸秆、稻壳等天然材料经处理后对染料都有较好的吸附效果［4-7］.随着水果产量的增加，水果废弃物也随之大量增加.这些水果废弃物没有任何经济价值，而且会对环境带来影响.利用果皮作为低成本吸附剂，既可以降低废弃物处置成本，另一方面也可以解决染料废水的污染问题.因此本文对产量较大的橘子皮去除废水中的阴离子活性染料进行了研究.

1 实验部分

1.1 实验仪器与设备

7210可见光分光光度计(上海分析仪器厂)，PH-3C数显酸度计(上海宇隆仪器有限公司)，HZQ-C空气浴振荡器(哈尔滨市东明医疗仪器厂)，FA1004N电子天平(上海精密科学仪器有限公司)

活性艳兰X-BR(上海中山化工厂);硝酸(优级纯，哈尔滨化工化学试剂厂出品);盐酸(优级纯，上海试剂化工厂)，其它试剂均为分析纯.

1.2 橘子皮吸附剂的制备

实验用橘子皮来自本地水果市场，先将果皮自然晾干，再用自来水浸泡去除表面杂质，置烘箱中以60℃烘干至恒重，研磨后过100目筛，置于干燥器中备用.

1.3 实验方法

移取50 mL不同初始浓度的活性艳兰溶液，置于100 mL锥形瓶中，用NaOH和HCl溶液调节pH值，加入一定量的橘子皮吸附剂，置于水浴恒温振荡器上震荡一定时间后过滤，测定滤液中残余染料浓度.按公式(1)计算吸附容量Qe(mg/g):

式中，C0为染料初始浓度(mg/L);Ce为染料吸附平衡时的浓度(mg/L);V为溶液体积(L);W为吸附剂用量(g).

2 结果与讨论

2.1 橘子皮吸附剂用量对吸附量的影响

橘子皮吸附剂用量对活性艳蓝吸附量的影响见图1.由图1可见，当活性艳蓝的质量浓度为100 mg/L时，活性艳蓝的吸附量随着橘子皮吸附剂用量的增加而提高，当橘子皮吸附剂用量达到8 g/L时，水中活性艳蓝的吸附量达到12.98 mg/g，此后虽然橘子皮吸附剂用量增加，但吸附量增加很小，说明吸附已达饱和.因此，橘子皮最佳用量定为8 g/L.

图1 橘子皮吸附剂用量对吸附量的影响

2.2 吸附速率曲线

橘子皮吸附剂对活性艳蓝染料的吸附速率曲线见图2.由图2可见，橘子皮吸附剂对活性艳蓝染料的吸附在最初的20 min内，吸附速度非常快，随着吸附时间继续延长，虽然吸附量还有所增加，但增加缓慢，吸附过程在90 min时基本达到平衡.实验表明，橘子皮吸附剂可以迅速、高效地吸附水溶液中的活性艳蓝染料.

图2 吸附速率曲线

2.3 pH对吸附量的影响

溶液初始pH对活性艳蓝染料吸附量的影响见图3.

图3 pH对吸附量的影响

由图3可见，室温下橘子皮在酸性条件下对活性艳蓝的吸附效果明显好于中性和碱性条件下的吸附效果.这是由于活性艳蓝属于阴离子活性染料，在碱性条件下，水溶液中的OH-的存在会产生竞争吸附，从而降低吸附效果.活性艳蓝染料吸附量的最大值出现在pH为3时，这是由于橘子皮是由氨基、羧基等各种不同官能团构成的，氨基、羧基的存在会影响溶液的pH.染料分子的结构和橘子皮的组成也在吸附过程中起着重要作用.在pH为3的溶液中，吸附剂表面的阳离子与阴离子染料存在较强的静电引力，随着溶液的pH升高，吸附剂表面的阴离子浓度增加，逐渐使得吸附剂表面阳离子与阴离子染料之间的静电引力减弱，吸附量减小.

2.4 吸附等温曲线

橘子皮吸附剂对活性艳蓝染料的吸附等温线见图4.

图4 吸附等温线

由图4可见，实验条件下橘子皮吸附剂对活性艳蓝染料的吸附等温线呈现出非线性特征，表明橘子皮吸附剂与活性艳蓝之间主要是通过吸附方式发生作用的，最大吸附量可达26.27 mg/g.吸附力主要由色散力和静电力加合产生，一方面，橘子皮吸附剂具有多孔结构，另一方面，在酸性条件下，由于橘子皮吸附剂表面有阳离子的存在，可以与活性艳蓝阴离子染料之间发生静电作用，使得活性艳蓝染料可以被吸附到橘子皮吸附剂的孔道之中.

用Langmuir等温式和Freundlich等温式对吸附等温线的数据进行线性拟合，发现橘子皮对活性艳蓝的吸附等温线既符合Langmuir等温式(线性相关系数R2=0.959 4)，又符合Freundlich等温式(线性相关系数R2=0.975 9)，但用Freundlich等温式拟合的更好.

2.5 脱附研究

脱附研究有助于解释吸附质与吸附剂之间的结合机理.在室温下研究了不同pH溶液对脱附率的影响，结果见图5.

图5 pH对脱附率的影响

由图5可知，随着脱附液pH值的增加，脱附率也逐渐增加，这是由于随着pH的增大，吸附剂表面负电荷位点增加，由于静电作用，吸附剂表面的负电荷有助于阴离子染料从吸附剂上脱附下来.在pH为12时，吸附剂表面的负电荷与阴离子染料分子之间存在着较大的静电排斥作用，使得活性艳蓝染料完全从橘子皮吸附剂上脱附下来.因此橘子皮吸附剂可以在碱性条件下得到再生.

3 结 论

本研究结果表明，在酸性条件下，橘子皮对水溶液中活性艳蓝染料具有很好的去除效果;吸附速率很快，吸附平衡时间为90 min;等温吸附过程更符合Freundlich等温式;脱附研究结果表明，在碱性条件下，橘子皮吸附剂表面负电荷与活性艳蓝染料之间存在较强的静电排斥力，因此吸附饱和的橘子皮吸附剂可以在碱性条件下得到再生.

［1］Z.Aksu.Application of biosorption for the removal of organic pollutants:a review［J］.Proc.Biochem.，2005，40(2):997-1005.

［2］D.Ozer，G.Dursun，A.Ozer.Methylene blue adsorption from aqueous solution by dehydrated peanut hull［J］.Journal of Hazardous Materials.2007，144(3):171-179.

［3］J.Y.Song，W.H.Zou，Y.Y.Bian，F.Y.Su，R.P.Han.Adsorption characteristics of methylene blue by peanut husk in batch and column modes［J］.Desalination.2011，37(3):335-342.

［4］P.Nigam，G.Armour，I.M.Banat.Physical removal of textile dyes from effluents and solid-state fermentation of dye-adsorbed agricultural residues［J］.Bioresource Technol.，2000，72(3):219-224.

［5］张庆芳，孔秀琴，贾小宁.改性玉米芯吸附剂脱除废水中酸性大红的研究［J］.染整技术，2009，31(8):23-25.

［6］R.Gong，Y.Ding，M.Li.Utilization of powdered peanut hull as biosorbent for removal of anionic dyes from aqueous solution ［J］.Dyes Pigments.，2005，64(2):187-195.

［7］V.Ponnusami et al.Biosorption of reactive dye using acid-treated rice husk:Factorial design analysis［J］.Journal of Hazardous Materials.2006，8(4):32-40.