不同因素对红花檵木叶粉末吸附孔雀石绿的影响*

李 芬，林永慧，何兴兵

(吉首大学生物资源与环境科学学院，湖南 吉首 416000)

染料废水中含有多种有毒物质，对生物有害，同时也会降低光合作用，对水环境危害严重.因此，染料的去除已经被认为是染料废水处理的一个非常重要的问题[1-3].本实验使用的孔雀石绿是三苯甲烷类染料，直接接触会刺激皮肤、损伤眼睛[4]，同时还会影响人的免疫系统、生殖系统，是一种具有致癌性的有毒物质，世界上很多国家和地区已开始禁止使用孔雀石绿[5].目前，染料废水的处理主要有物理方法、化学方法和生物方法，3种方法都有其局限性[6].物理法需要的吸附材料难以寻找，成本高，限制性也高；化学技术处理费用高，设备投入多，能源消耗大，也限制了该技术的使用[7]；生物吸附法效率高、速度快、适应性强、易操作，因而被广泛应用于染料废水处理[8].由于植物叶片成网状结构，多孔，表面积大，同时纤维素表面含有羧基、羟基、氨基等活性基团[7]，具有广泛吸附的性能，因此将其作为染料清除的生物吸附剂已越来越受到人们的关注，成为当前生物吸附剂选择研究的热点[9].在前期的吸附剂筛选实验中发现，红花檵木叶粉末对多种染料具有较强的吸附作用，本实验通过控制主要因素来探究花檵木叶粉末吸附剂对孔雀石绿吸附性能附的影响.

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 红花檵木叶干粉剂的制备 红花檵木叶采摘自吉首大学校内绿化区，采摘后晾晒3 d，50 ℃烘干粉碎，分别过50，80，150目筛.然后，酒精浸泡3 d，蒸馏水洗净除去酒精，过滤,50 ℃烘干.

1.1.2 实验试剂 孔雀石绿(C23H25CIN2),盐酸(HCL),氢氧化钠(NaOH),硝酸钠(NaNO3),硝酸铅(Pb(NO3)2),硝酸钡(Ba(NO3)2).所用试剂均为分析纯.

1.2 实验方法

1.2.1 不同因素对吸附孔雀石绿的影响 探究叶片粉剂颗粒大小、染料初始pH值、染料初始质量浓度、叶片粉剂质量、离子强度、不同金属离子等对吸附的影响，按顺序测量染料吸光值.颗粒大小梯度为50，80，150目；染料溶液的pH值梯度为2，4，6；染料初始初始质量浓度梯度为20，40，60，80，100 mg/L；吸附剂量梯度为10，30，50，70，90 mg；离子强度梯度为1.0，0.1，0.01 mol/L；金属离子分别为钠离子、钡离子、铅离子.

按以上实验所得数据计算吸附率.计算公式为P=(A0-At)/A0×100%.其中：A0表示染料溶液的初始吸光值；At表示在不同条件下染料溶液在t时刻的吸光值.

2 结果

2.1 不同因素条件下的吸附率

所有不同因素条件下的吸附率实验都是在总体积为8 mL的溶液体系中进行，结果如图1所示.

图1 不同因素条件下的吸附率Fig. 1 Adoption Rate in Different Conditions

由图1a 可知，80目的叶片粉剂颗粒吸附剂在40 min达到吸附平衡，而50目和150目均在120 min以后才达到平衡,且80目的吸附曲线稳定，20 min时吸附率达到90%以上.说明80目吸附效果最好.

由图1b可知，100 min时，达到吸附平衡.pH值为6的吸附率最大，达99.7%；pH值为2的吸附率小于80%；pH值为4的吸附率均小于pH值为6的吸附率.由此可知pH值为6是最佳条件.

由图1c可知，染料的初始质量浓度为20 mg/L时，120 min后才达到平衡，吸附能力最差;40，60，80 mg/L条件下，吸附率随染料质量浓度增加而增加，80 mg/L吸附率最高，为98.6%；100 mg/L时吸附率又下降.这说明染料初始质量浓度为80 mg/L最好.

由图1d可知，吸附剂量为70，90 mg 的平衡吸附率均在80%以上；吸附时间小于100 min，吸附率随着吸附剂量的增大不断提高；吸附时间120 min时，50 mg的吸附剂也达到平衡且吸附率大于90%.综合情况来看，吸附剂量为50 mg时吸附效率最高.

由图1e可知，吸附时间120 min时，各离子强度条件下吸附率均达到85%以上；1 mol/L的离子浓度人吸附速度最快，20 min时吸附率达到90%以上，0.1 mol/L离子浓度的次之，而0.01 mol/L离子浓度的吸附效果最差.这说明选择1 mol/L离子浓度为最好.

由图1f可知，吸附时间小于80 min时，Pb(NO3)2的吸附率最低，NaNO3吸附率最高，Ba(NO3)2硝酸钡居中；吸附80 min后,NaNO3和Pb(NO3)2达到平衡，而Ba(NO3)2吸附率继续提高.这说明Na+条件下吸附最稳定.

2.2吸附动力学

对2种动力学模型进行拟合，得到拟合数据，结果列于表1.

表1 吸附动力学模型拟合结果Table 1 Fitting Results in Adoption Kinetics Model

从表1可以看出，准一阶动力模型的相关系数R2不太理想，只有染料初始质量浓度为60 mg/L的R2在0.9以上，而其他两者均在0.7以下.准二阶动力学模型的相关系数较高，R2均在0.99以上，拟合度最高.此外，准一阶动力学模型所拟合出来平衡吸附量qe大都高于实际吸附量，且相差幅度较大，而准二阶动力学模型所拟合出来的平衡吸附量qe与实际吸附量基本吻合.所以，准二阶动力学模型很好地拟合了红花檵木叶粉末对孔雀石绿吸附的动力学过程.这也表明，在红花檵木叶粉末对孔雀石绿的吸附主要受化学作用控制，有要为化学吸附.

3 讨论

有研究表明，茶叶渣在吸附染料中具有独特优势[10].受其启发，经预实验笔者发现红花檵木叶粉末在不同因素下吸附效率均达到85%，效果显著.考虑到不同因素对实验的影响，在实验室条件下，参照文献[11]的方法，探讨叶片粉剂颗粒大小、染料初始pH值、染料初始质量浓度、叶片粉剂剂用量、离子强度、不同金属离子等因素对吸附孔雀石绿的影响.由实验结果可知，当叶片粉剂颗粒为80目、初始pH值6.0、染料初始质量浓度为80 mg/L、吸附剂用量为50 mg，钠离子强度为1 mol/L时，平衡吸附率在85%以上，吸附效果明显.红花檵木叶粉末吸附可以用于印染工业废水处理，具有潜在的应用价值.