果皮在水处理中应用的研究进展

马志豪，陈平，葛聪，王圣康，杨晓雪

果皮在水处理中应用的研究进展

马志豪，陈平，葛聪，王圣康，杨晓雪

（东北石油大学， 黑龙江 大庆 163318）

大量的消费水果，必然会产生大量的果皮废弃物，如果处理不得当，就会对环境产生危害。从废弃物资源化角度，阐述了废弃果皮的利用情况。果皮表面具有很多官能团和纤维素，可以用来作吸附剂，制备活性炭和混凝剂，用于水污染治理，从而达到以废治废的目的。

吸附剂；活性炭；混凝剂；改性

我国是水果种植生产大国，也是水果消费大国，每年都会产生大量的果皮垃圾，如果不能得到及时有效处理，势必对环境产生严重危害。很多水果果皮表面具有特殊结构，可以对其进行资源化处理，既减轻了环境污染，又可以变废为宝。本文阐述了几种常见果皮在水处理中的应用情况，为果皮资源化指明方向，为水处理行业节能降耗提出了建议。

1 改性吸附剂

很多果皮表面含有羟基、氨基、羧基等官能团，经过改性处理后可以大量吸附水中的金属离子，实现金属废水的无害化处理。杨水莲等通过将不同果皮制成吸附剂，测定不同果皮对一定浓度的含Cr（Ⅵ）废水的吸附量和吸附率值，结果表明实验中所用的果皮火龙果皮、柑橘皮、香蕉皮、 柚子皮、柠檬皮及橙子皮均有吸附功能，且吸附效果较好，吸附率火龙果（99%）＞橙子皮 = 柑橘皮（98%）＞ 柠檬皮 = 柚子皮 = 香蕉皮（96%）[1]。姜灵彦等采用冰醋酸－Ca（OH）2制备了新型活化橘子皮生物吸附剂HCOP，研究HCOP吸附 Co2＋、Ni2＋的影响因素，结果表明，对Co2＋、Ni2＋的最大吸附量分别为 44.58、52.47 mg/g[2]。李伊光等以改性山核桃外果皮为吸附剂，考察pH值、吸附剂用量、温度等对孔雀石绿（MG） 吸附性能的影响及吸附动力学、热力学性质，结果表明，在改性山核桃外果皮用量为1.0 g/L、初始孔雀石绿浓度50 mg/L、吸附温度298 K、吸附时间360 min及保持溶液原始pH值条件下，MG去除率可达 99.09%[3]。徐铮等利用巯基乙酸方法对苹果皮、柚子皮进行改性处理，对改性后的苹果皮和柚子皮吸附六价铬溶液的吸附性能进行比较，结果表明，温度、吸附质浓度对吸附剂的吸附效果影响明显[4]。宋莹莹等以香蕉皮为原料，脱色后通过3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵改性制备新型香蕉皮生物吸附剂，对Cr（Ⅵ）的吸附量随溶液中金属离子浓度的增加而增加，Cr（Ⅵ）的最大吸附量为58.82mg/g[5]。薛美香等通过异丙醇对柚皮进行改性，用于吸附水中的铜离子，结果表明：当pH为6.0，改性柚皮粉用量为8 g/L，吸附时间为50 min时，Cu2+的去除率达90%以上[6]。白春等以不同方式干燥的香蕉皮为吸附材料，对重金属六价铬（Cr6+）进行吸附研究，分别从温度、pH、吸附时间、初始浓度、吸附剂的使用量等因素来探讨对六价铬吸附的影响，结果表明，六价铬离子最佳浓度为20 μg/mL、最佳投料量为0.200 g、最佳 pH 为4、最佳吸附温度为45 ℃、最佳吸附时间为55 min，在此条件下，吸附性能冷冻-普通香蕉皮>非冷冻普通干燥香蕉皮>冷冻干燥香蕉皮[7]。胡巧开等以改性香蕉皮为吸附剂，对酸性品红模拟印染废水进行吸附脱色处理，实验结果表明，香蕉皮的最佳改性剂为硫酸，最佳改性条件为2 mol/L硫酸、硫酸与香蕉皮液固比3∶1、改性时间为30 min；改性后的香蕉皮吸附酸性品红废水，其最佳吸附条件为：100 mL初始质量浓度为30 mg/L的酸性品红溶液，吸附剂用量为0.5 g、搅拌速度100 r/min、吸附2 h，此时酸性品红废水的脱色率达到 77.12%[8]。张建会等以柚子皮为原材料，采用氯化锌和柠檬酸对其进行改性，研究了柚子皮改性前后对重金属离子的吸附的性能，实验表明，柚子皮含有大量的O-H、C-H、C=O等官能团，且对重金属离子吸附具有选择性[9]。张欣等对火龙果皮处理含铬废水进行了研究，通过单因素实验，研究了吸附时间、溶液的pH值、溶液Cr（VI）初始浓度、溶液温度、吸附剂用量对吸附性能的影响。通过正交实验得出最优条件为：Cr（VI）初始浓度0.004 mol/L、吸附剂用量0.10 g/mL、pH值为2和吸附时间为2 h，废水中Cr（VI）的去除率可达97.92%[10]。毛艳丽等以粗柚子皮为吸附剂原材料，以草酸为改性剂制备出了改性柚子皮吸附剂，采用批量实验研究了改性吸附剂对水中Cd（Ⅱ）吸附的影响因素，结果表明，在溶液初始pH为5.0、吸附剂投加量5 g/L、Cd（Ⅱ）初始浓度为50 mg/L条件下，吸附剂对Cd（Ⅱ）的吸附平衡时间为120 min，其吸附率可维持在95.63%以上[11]。刘攀等以碱化香蕉皮吸附剂去除溶液中的 Pb2+，考察了NaOH浓度和碱化时间对碱化效果的影响，探讨了吸附剂粒径、时间、pH、吸附剂用量、Pb2+初始浓度及温度等对吸附性能的影响，结果表明，NaOH浓度为0.5 mol/L，碱化时间为8 h时制备的碱化香蕉皮吸附性能较佳，当吸附剂粒径60目，时间8 h，pH为5，吸附剂用量1.0 g，Pb2+初始浓度500 mg/L及温度为20 ℃时的吸附率可达74.5%[12]。甘林火等以香蕉皮为原料，考察3种干燥法（自然干燥、烘箱干燥和微波干燥）对制备香蕉皮粉的影响，并测定其对罗丹明B的吸附性能，结果表明，采用微波干燥法，在功率800 W的条件下仅需4 min即成功制备出高脱水率（90%）、易研磨且外观和结构保持较好的香蕉皮粉；香蕉皮粉对罗丹明B具有良好的吸附性能，其吸附量（>110 mg/g）高于多数生物吸附剂的吸附量；香蕉皮粉结构中羧基和羟基等官能团促进了罗丹明B的吸附[13]。平巍等以香蕉皮为原料，制备改性吸附材料，改性较佳工艺条件为NaOH浓度为0.25 mol/L，改性时间为30 min，在此条件下香蕉皮改性后，对水中Cd2+的理论饱和吸附量由37.61 mg/g提高到87.15 mg/g，平衡时间由60 min短到45 min[14]。经过不同方法的改性，都能够较好的提高果皮的吸附能够力。

2 制备活性炭

很多果皮表面含有大量的纤维素、半纤维素，经过炭化后形成性能良好的活性炭吸附剂。李本盛等以柚皮为材料，提取柚皮苷后残渣制备柚皮基活性炭吸附水中Cu2+，结果表明对Cu2+的去除率达到94.47%，最大吸附容量7.09 mg/g[15]。王丽等用香蕉皮制备高比表面活性炭研究其对含Cr（Ⅵ）废水的去除效果，结果表明，改性香蕉皮制备的高比表面活性炭对Cr（Ⅵ）有很好的吸附作用，去除率达到了95.2%[16]。刘晓红等以核桃果皮基活性炭为吸附剂，研究其对苯酚吸附的热力学性质，研究表明，核桃果皮基活性炭能高效、快速地吸附去除苯酚，是一种有应用前景的净水材料[17]。庞娅等以农业废弃物香蕉皮做为原材料，在高温下炭化，并通过化学改性方式制备生物炭，制备的生物炭比表面积高，吸附容量大，吸附速率快，具备催化活性[18]。朱敏聪等用柚子皮为原料制备活性炭，对亚甲基蓝染料废水的吸附行为遵循准二级反应速率方程所描述的规律，解决了福建漳州地区柚子皮农林废物处理处置问题[19]。周添红等用农业废弃柚子皮为载体，制备成疏松的柚子皮基磁性多孔碳材料，对罗丹明B废水的催化降解性能良好，6 min内对罗丹明B的降解率达到97.59%，易于从废水中分离回收循环利用，且重复使用性能稳定[20]。

3 制备混凝剂

陆宁宁采用香蕉皮制备混凝剂，主要针对腐殖酸模拟水，考察香蕉皮类混凝剂的投药量、原水pH值、原水浊度、原水色度对浊度、色度去除效果的影响。结果表明在较佳投药量下，除浊率可分别达到92.3%、97%[21]。简海龙以香蕉皮和橘子皮为原材料，通过正交实验研发了一种混杂水果皮混凝剂，考察混杂水果皮混凝剂处理腐殖酸模拟水时的投药量、原水pH、沉降时间、原水浊度、原水色度、原水温度对混凝效果的影响，结果表明，在较佳投量下的除浊率和除色率分别为95.6%和88.1%[22]。

4 结束语

果皮表面具有特殊结构，既可以直接作为吸附剂使用，也可以制备活性炭和混凝剂，对水中污染物质具有良好去除效果，从环保角度来看，果皮资源化利用既治理了污染水体，同时减轻了果皮本身对环境的危害，只要不断深入研究，必定会在更多领域发挥作用。

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Research Progress in Application of Pericarp in Wastewater Treatment

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（Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318,China）

A large number of fruit consumption will inevitably produce a large number of peel waste, if not handled properly, it will cause harm to the environment. From the perspective of waste recycling, the utilization of waste peel was described. There are many functional groups and cellulose in the peel, so it can be used as adsorbent to prepare activated carbon and coagulant for the treatment of wastewater pollution.

adsorbent; activated carbon; coagulant; modification

黑龙江省大学生创新创业训练计划项目，项目号20180220053。

2020-03-16

马志豪（1997-），男，安徽省巢湖市人，研究方向：工业废水处理。

陈平（1979-），男，满族，副教授，硕士，研究方向：油田及工业废水处理。

TQ 424

A

1004-0935（2020）04-0380-03