改性玉米芯对二苯胺的生物吸附研究

禹明洋，杜灵生，郭越峰，韩冬霞，马金洋，高利

（新乡医学院三全学院，河南新乡 453000）

二苯胺是一种重要的精细化工原料，广泛应用于染料、农业、医药、军工等行业，已成为橡胶助剂、染料和医药的重要原料[1-3]。同时，由于二苯胺有挥发性，高毒，能刺激皮肤和黏膜，引起血液中毒（生成高铁血红蛋白）等症状，也有着不少的危害。因此，二苯胺废液的后期处理尤为重要。

工业生产中二苯胺废水的去除方法有絮凝、氧化或臭氧化、膜分离和活性炭吸附等[4]，但这些技术因效率低、成本高等原因而难以普遍使用。因此，人们开始寻找廉价易得、可更新的材料以及更有效的吸附处理技术用于废水处理。生物吸附法是一种有发展前途的处理水中有毒难降解有机物的方法[5-6]。生物吸附是新兴的研究领域，对有机染料废水处理，环境保护都有着重要的意义。特别是其材料来源广泛，成本低廉，又可实现废物的循环再利用，在水处理方面有着广阔的发展前景。

1 实验方法

1.1 试剂及仪器

高锰酸钾、磷酸、盐酸、氢氧化钠、二苯胺；恒温水浴锅、可见分光光度计、紫外分光光度计、磁力搅拌器、酸度计、离心机、电子天平、温度计、鼓风干燥箱、粉碎机和标准筛50目。

1.2 吸附剂的制备

取玉米芯，用自来水冲洗杂土，再用蒸馏水清洗，去除杂质；70℃下烘干；用粉碎机粉碎过筛；取适量玉米芯与100mL0.01mol/L的KMnO4在60℃的恒温下反应1.5h。抽滤并用蒸馏水冲洗至中性。烘干，放入广口瓶中备用。

1.3 吸附实验

1.3.1 实验原理

在相同的实验环境下，取适量的改性玉米芯加入到锥形瓶内，加入不同浓度的二苯胺溶液，搅拌一定时间后，分离出上清液，在波长为280nm下用紫外分光光度计测其吸光度A。根据A-C曲线，计算Ce以及吸附量。

式中：qe为吸附量，即单位质量的麦壳结合二苯胺的毫克数，mg/g；C0为二苯胺的初始质量浓度，mg/L；Ce为吸附平衡时二苯胺的质量浓度，mg/L；V为二苯胺平衡时体积，mL；m为生物吸附剂的平衡质量，g。

2 结果与分析

2.1 吸附时间的影响

取一定量的改性玉米芯加入10mL 0.015mg/mL的二苯胺溶液，搅拌，吸附一定的时间后，测定溶液的浓度，计算出其生物吸附量。实验结果如图1。由图1可知，吸附反应开始后，随着吸附时间的增长，qe逐渐增大，20min后qe达到最大，可见在20min后高锰酸钾改性玉米芯对二苯胺的吸附达到平衡，再增加吸附时间也不能增加qe。在20min以后qe基本无变化呈现下降趋势，出现解吸现象，所以选择吸附时间在20min左右。

图1 吸附时间对吸附效果的影响

2.2 初始浓度的影响

取一定量的改性玉米芯分别加入10mL浓度为0.005、0.010、0.020、0.025mg/mL和 0.030mg/mL的二苯胺溶液，搅拌20min后测其浓度，计算出生物吸附量，实验结果如图2。随着二苯胺初始浓度的增加，qe逐渐增大，吸附量逐渐增大。这是因为投加质量一定的高锰酸钾改性玉米芯，具有一定的吸附点位数，二苯胺溶液的浓度越高其与改性玉米芯间的吸附作用力越强。在二苯胺初始浓度为0.015mg/mL时曲线的斜率最大，即qe增加最快。

图2 二苯胺初始浓度对qe的影响曲线图

2.3 吸附剂用量的影响

称取不同质量的改性后的玉米芯分别不同的锥形瓶中，加入10mL 0.015mg/mL的二苯胺溶液，搅拌20min后测其浓度，计算出生物吸附量，实验结果如图3。随着改性玉米芯用量的增加，二苯胺与改性玉米芯的有效接触面积增加，吸附二苯胺的量逐渐增加。但因初始浓度固定、体积固定，改性玉米芯用量越大质量越重，单位质量吸附剂吸附的二苯胺少，所以说qe逐渐减小。

图3 吸附剂用量与qe的关系曲线图

2.4 吸附温度的影响

称取适量的改性后的玉米芯分别在293、298、303、323K和343K温度下，加入10mL 0.015mg/mL的二苯胺溶液，搅拌20min后测其浓度，计算出生物吸附量，结果如图4。随着反应温度的逐渐升高，qe逐渐减小，吸附量也逐渐减小，当达到一定温度后随着温度的逐渐升高，qe逐渐增大。因为吸附反应为化学吸附，温度升高阻碍反应的正向进行，其吸附效率降低，qe逐渐减小，吸附量也逐渐减小，但随着温度的继续升高，二苯胺挥发，其不断挥发结果使qe增加，却达不到吸附除去二苯胺的效果。

图4 吸附温度与qe关系曲线图

2.5 酸碱度的影响

溶液pH值是影响生物吸附的重要因素之一，本实验研究了溶液不同pH值条件下改性玉米芯对二苯胺的吸附效果，实验调节pH范围为1～12。不同溶液pH值下，改性玉米芯对二苯胺的吸附结果如图5。

当pH在2～4时，改性玉米芯对二苯胺的吸附效果呈上升趋势，当pH大于4时，吸附量明显下降，因此，在pH值为4左右时，改性玉米芯对二苯胺的吸附效果最好。这主要是因为由于二苯胺具有较弱的酸性，当溶液的pH值大于4时，水中二苯胺主要以离子形式存在，而当溶液的pH值小于4时，水中二苯胺主要以分子形式存在，但若酸性过强则会导致二苯胺与改性玉米芯吸附结合困难。因此，改性 玉米芯对二苯胺的吸附在较宽的pH为2～4的范围内，吸附效果良好，这对改性玉米芯今后实际大规模应用于处理含二苯胺的废水将是有利条件。

3 结语

本实验主要为改性玉米芯对废液中二苯胺的吸附，研究了吸附剂用量、吸附时间、初始浓度、pH值、温度等条件对改性玉米芯吸附二苯胺的影响。结果表明改性玉米芯能有效地吸附二苯胺，是一种廉价的吸附剂。玉米是我国产量最大的粮食作物之一，产量大，但大多数玉米芯依然没有得到充分的利用，不仅造成了资源的浪费，而且造成了很大程度上的环境污染问题。但把玉米芯应用于规模化的废水处理，还将是一个漫长的过程，例如，玉米芯吸附剂改性方法的研究以提高其吸附容量、吸附剂的批量装柱处理废水以获得动态模拟的数据、吸附剂的脱附再生研究以及吸附剂的后处理问题等都将是今后研究努力的方向。另外，对二苯胺等污染物质的吸附过程中，不仅有物理吸附、化学吸附，还有交换吸附并且吸附机理较为复杂，还需进一步研究。

图5 酸碱度与qe关系曲线图