甘蔗渣对亚甲基蓝染料废水的吸附研究

翁艳英 宁兴凤

摘要：研究甘蔗渣对染料废水的净化效果，以亚甲基蓝模拟废水作为研究对象，通过恒温磁力搅拌的方法，结合单因素试验研究甘蔗渣在不同温度、搅拌时间、甘蔗渣用量等条件下对亚甲基蓝的吸附效果。结果表明，甘蔗渣吸附亚甲基蓝的最佳工艺条件为：在100 mL 150 mg/L的亚甲基蓝溶液中加入过10目筛后的细甘蔗渣3.0 g，常温磁力搅拌吸附30 min，亚甲基蓝去除率达到99.06%。

关键词：甘蔗渣；亚甲基蓝；磁力搅拌；去除率

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）21-5255-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.21.013

Study on the Adsorption of Methylene Blue Dye Wastewater by Bagasse

WENG Yan-ying，NING Xing-feng

（Department of Chemistry and Biology Engineering， Guangxi Colleges and Universities Key Laboratory Breeding Base of Chemistry of Guangxi Southwest Plant Resources， Guangxi Normal University for Nationalities， Chongzuo 532200， Guangxi，China）

Abstract：In order to study the purifying effect of dyestuff wastewater by bagasse， the removal rate of methylene blue was target and methylene blue solution simulated the low concentration of dye wastewater. By the study of relation between single experimental factor such as the concentration，pH and the amount of dye solution，adsorption time and temperature，particle size and dosage of bagasse etc and adsorption effect， the optimum adsorptive removal rate can be obtained： room temperature，t=30 min，solid-liquid ratio was 3∶100，C0=150 mg/L， removal rate of methylene blue with alkaline solution reaches 99.06% by fine bagasse.

Key words： bagasse； methylene blue； magnetic stirring； removal rate

近年来，农业废弃物的有效利用越来越受到关注[1，2]。甘蔗渣是一种重要的可再生生物质资源，属于甘蔗压榨后的副产品，系农业废弃物的一种。目前甘蔗渣已广泛应用于造纸和废水处理[3]。中国甘蔗主要分布于广西、云南等，特别是广西崇左甘蔗产量较大。目前对污水的处理方法有氧化或臭氧、活性炭吸附和生物膜法[4]等，但具有效率低、成本高、操作复杂等缺点。因此，寻找成本较低，操作简单，对染料废水具有高效去除率的新方法具有重要意义。甘蔗渣中含有纤维素、半纤维素和木质素，成分相对稳定，可用作吸附剂[5-8]。由于甘蔗渣来源集中，将其作为吸附剂处理染料废水，不仅降低了废水处理的成本，而且操作简单方便。

染料废水里含有大量的亚甲基蓝、亮蓝、亮黄等危害人体健康的物质，考察甘蔗渣对不同染料废水的吸附作用，发现甘蔗渣对染料的去除效果较好[9，10]。为此，以亚甲基蓝模拟低浓度染料废水为研究对象，考察从糖厂直接获得的甘蔗渣在搅拌作用下对亚甲基蓝的吸附情况，以期为甘蔗渣的开发再利用提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验所用甘蔗渣来自广西的崇左糖厂，烘干后置于干燥密闭容器内保存备用；亚甲基蓝、95%乙醇，均属分析纯。仪器：722型可见分光光度计（上海舜宇恒平科学仪器有限公司）；DGX-9143 BC-1型烘箱（上海福玛试验设备有限公司）；DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器（巩义市予华仪器有限责任公司）；SHB80-2B型低速离心机（上海菲恰尔分析仪器有限公司）

1.2 方法

1.2.1 甘蔗渣吸附工艺流程 甘蔗渣吸附工艺流程见图1。

1.2.2 亚甲基蓝去除率的计算 在660 nm处采用分光光度法测定溶液吸光度，根据标准曲线计算溶液中亚甲基蓝的含量，然后根据亚甲基蓝吸附前后质量浓度计算溶液中亚甲基蓝的去除率，去除率的计算公式如式（1）所示。

h=（C0-Ce）/C0 （1）

式中，h为亚甲基蓝的去除率，%；Co为亚甲基蓝溶液初始质量浓度，mg/L；Ce为吸附后亚甲基蓝溶液质量浓度，mg/L。

2 结果与分析

2.1 甘蔗渣颗粒度对亚甲基蓝吸附效果的影响

准确配制浓度为1 000 mg/L亚甲基蓝溶液，稀释成250 mg/L，分别量取100 mL该溶液，分别加入过筛后的粗、细（10目筛）两种甘蔗渣3.0 g，30 r/min，25 ℃的恒温搅拌30 min，离心，取上清液于660 nm波长处测定吸光度，计算去除率，结果如表1所示。

由表1可知，在恒温磁力搅拌的作用下，细甘蔗渣吸附亚甲基蓝的效果比较好，去除率为99.15%，这主要因为细甘蔗渣表面积大，在恒温磁力搅拌的情况下，与溶液接触得更加均匀，反应更加充分，使得单位吸附量增加，去除率升高，因此本试验选择采用细甘蔗渣对亚甲基蓝进行吸附试验。

2.2 溶液初始浓度对亚甲基蓝吸附效果的影响

设置浓度为50、100、150、250、400 mg/L的亚甲基蓝溶液，分别加入细甘蔗渣3.0 g，固定其他条件，恒温搅拌作用下考察初始浓度对亚甲基蓝吸附效果的影响，结果如图2所示。由图2可知，随着溶液初始浓度的增大，亚甲基蓝的去除率先增大后迅速减小，约在150 mg/L处有最大值。主要原因可能是甘蔗渣吸附饱和之后，继续增加溶液浓度，发生吸附的逆过程，导致去除率下降。因此，选择150 mg/L为最佳溶液浓度。

2.3 甘蔗渣用量对亚甲基蓝吸附效果的影响

设置甘蔗渣质量分别为0.5、1.0、2.0、3.0、5.0 g，分别加入100 mL 150 mg/L的亚甲基蓝溶液，固定其他试验条件，恒温搅拌作用下考察甘蔗渣用量对亚甲基蓝吸附效果的影响，结果如图3所示。由图3可知，在亚甲基蓝溶液体积、初始浓度以及吸附时间等其他吸附条件不变的前提下，当甘蔗渣用量为0.5～2.0 g时，亚甲基蓝的去除率迅速增大；当用量为3.0～5.0 g时，变化趋于平缓，在3.0 g时出现了最大去除率，为98.65%。继续增加甘蔗渣的投入量，去除率变化并不大。综合考虑，当亚甲基蓝溶液体积为100 mL时，试验选择甘蔗渣的最佳用量为3.0 g，这样既能得到较好的吸附效果，又避免了资源浪费。

2.4 吸附时间对亚甲基蓝吸附效果的影响

设计吸附时间为10、20、30、40、50 min，固定其他试验条件，恒温搅拌作用下考察吸附时间对吸附效果的影响，结果如图4所示。由图4可知，当溶液初始浓度为150 mg/L，溶液体积为100 mL，吸附温度为25 ℃，恒温磁力搅拌速度为30 r/min时，随着吸附时间的增加，亚甲基蓝的去除率先升高后降低，在30 min时出现了最大值，达到99.25%。因此本试验选择的最佳吸附时间为30 min，这样有利于甘蔗渣的充分吸附并且达到最好的吸附效果。

2.5 温度对亚甲基蓝吸附效果的影响

设置温度分别为20、25、35、45、55 ℃，固定其他条件，恒温搅拌作用下考察温度对亚甲基蓝吸附效果的影响，结果如图5所示。由图5可知，在20 ℃～55 ℃范围内，温度对亚甲基蓝的吸附效果变化并不是很大，都能达到98.6%以上。结合实际吸附情况，本试验选择常温作为亚甲基蓝的最佳吸附温度，操作简单方便，易于控制。

2.6 溶液体积对亚甲基蓝吸附效果的影响

设计150 mg/L的亚甲基蓝溶液体积分别为50、100、150、200、300 mL，均加入3 g甘蔗渣，固定其他试验条件，恒温搅拌作用下考察溶液体积对亚甲基蓝的影响，结果如图6所示。由图6可知，针对3 g的甘蔗渣，当溶液体积超过100 mL之后，吸附质已达到饱和状态，继续增加溶液体积，去除率不但没有增加，反而引起了较差的吸附效果。这可能是发生了吸附的逆过程，使得吸附效果降低。综合考虑，对3.0 g甘蔗渣，选择最佳溶液体积为100 mL。

2.7 pH对亚甲基蓝吸附效果的影响

为了研究溶液pH对亚甲基蓝吸附效果的影响，采用HCl溶液和NaOH调节溶液pH，设计pH为2、5、7、9、11，固定其他试验条件，结果如图7所示。由图7可知，在酸性条件下，甘蔗渣对亚甲基蓝的吸附效果较差，在碱性条件下，去除率比较高，都达到了98%以上，且较稳定。本研究对所用的亚甲基蓝溶液测定了pH，数值为8.85。因此可确定试验所用的颗粒度较小的甘蔗渣适合吸附碱性条件下的亚甲基蓝。

综上所述，根据以上7组单因素试验结果，确定了在恒温磁力搅拌作用下，颗粒度小的甘蔗渣适合碱性亚甲基蓝溶液的吸附，最佳吸附条件为：细甘蔗渣3.0 g，加入100 mL初始浓度为150 mg/L的亚甲基蓝溶液，常温磁力搅拌30 min。在最佳条件下，试验重复3次，平均去除率达到99.06%，证明该方法简便可靠。

3 小结与讨论

通过恒温搅拌作用下甘蔗渣吸附亚甲基蓝的单因素试验，得到以下两方面的结论：

一方面甘蔗渣的粗细、溶液初始浓度、甘蔗渣用量、吸附时间、吸附温度、溶液体积、溶液pH等因素都会对甘蔗渣吸附亚甲基蓝的效果产生影响。单因素试验确定的最佳工艺条件为：细甘蔗渣3.0 g，加入100 mL 150 mg/L亚甲基蓝溶液，常温磁力搅拌30 min，亚甲基蓝的去除率达到99.06%。另一方面本试验初步研究了甘蔗渣在处理废水中的使用价值，为继续探究应该如何充分利用甘蔗渣提供了一定的基础，但试验直接采用去离子水溶解亚甲基蓝粉末配制成的溶液作为模拟工业废水，虽然消除了其他因素对吸附效果的干扰，而生活中的染料废水里含有多种物质，对吸附效果会产生一定的影响，因此有必要进一步改进溶液成分，以提高实际应用价值。

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