玉米秸秆基多孔炭净化水体中染料结晶紫的研究

裴薪楠，刘之茵，王婧彤，杨 斌，郭明明，许宇婷，高 烨

（长春师范大学 化学学院，吉林 长春 130032）

随着工业不断发展进步，人们向水体中排入了大量印染废水，导致水体被严重污染[1]。被染料污染过的水源对水体的生态系统及食用水体生物的人类都产生了极大的危害，致畸、致突变和致癌成了水体染料的代名词。目前，市面上的染料废水处理方法效率低、成本高，亟待找到成本低、效率高的处理方法。因此，本实验选择具有高效吸附能力的多孔炭材料作为吸附剂吸附废水中的染料[2-4]。玉米秸秆基多孔炭具有较强的吸附能力，且比表面积大、孔体积大、价格低。采用玉米秸秆基多孔炭为吸附剂，操作便捷且效率高，不仅可以有效去除水中溶解的染料，而且对难以去除的染料色度去除效果也较好[5]。用玉米秸秆基多孔炭去除水体中的染料，变废为宝，符合绿色化学发展理念。

1 实验方法

将10 mL一定质量浓度的结晶紫溶液与一定量的玉米秸秆基多孔炭混合，将混合后的样品置于恒温振荡器中振荡，选择不同吸附条件进行吸附，振荡结束后算出吸附量q，根据结果探究本实验的最佳吸附条件。计算公式如下：

式中：q——吸附量，mg/g；ρ0——结晶紫溶液的初始质量浓度，mg/L；ρt——吸附后结晶紫溶液的质量浓度，mg/L；V——结晶紫溶液的体积，L；m——玉米秸秆基多孔炭的质量，g。

2 结果与讨论

2.1 标准曲线的确定

测量不同质量浓度结晶紫溶液的吸光度（721分光光度计），绘制结晶紫的标准工作曲线，如图1所示。由图1可知，结晶紫溶液的质量浓度和吸光度呈现一定的线性关系，线性方程为：

图1 吸光度与结晶紫质量浓度的关系曲线

通过标准曲线可以确定吸附后结晶紫的平衡质量浓度，进而确定吸附量。

2.2 单因素实验

2.2.1 初始质量浓度对吸附量的影响

保持吸附时间、吸附温度及投炭量一定，改变结晶紫初始质量浓度，进行振荡吸附。结晶紫初始质量浓度与吸附量的关系如图2所示。

图2 结晶紫初始质量浓度与吸附量的关系曲线

2.2.2 吸附时间对吸附量的影响

保持初始质量浓度、吸附温度及投炭量一定，改变吸附时间t，进行振荡吸附。吸附时间与吸附量的关系如图3所示。

图3 吸附时间与吸附量的关系曲线

2.2.3 投炭量对吸附量的影响

保持初始质量浓度、吸附时间及吸附温度一定，改变投炭量，进行振荡吸附。投炭量与吸附量的关系如图4所示。

图4 投炭量与吸附量的关系曲线

2.2.4 吸附温度对吸附量的影响

保持初始质量浓度、吸附时间及投炭量一定，改变吸附温度，进行振荡吸附。吸附温度与吸附量的关系如图5所示。

图5 吸附温度与吸附量的关系曲线

通过研究结晶紫初始质量浓度、吸附时间、投炭量、吸附温度与吸附量的关系，确定了最佳的单因素吸附条件。最佳结晶紫初始质量浓度为20 mg/L，最佳吸附时间为9 min，最佳吸附温度为293.15 K（℃=K－273.15），最佳投炭量为0.01 g。

2.3 最佳优化条件选取

对最佳单因素进行响应分析，选取玉米秸秆基多孔炭吸附水体中结晶紫的最佳优化条件。经过附和实验确定最佳吸附条件为：初始质量浓度ρ0=22 mg/L，吸附时间t=9 min，投炭量m=0.01 g，温度T=293.12 K。选取最佳吸附条件进行吸附，吸附量可以达到最大，为19.45 mg/g。

3 结语

通过研究玉米秸秆基多孔炭对水体中结晶紫溶液吸附产生影响的单因素吸附条件，明确最佳吸附的单因素条件。对最佳吸附单因素条件进行相应分析后，明确玉米秸秆基多孔炭对水体中结晶紫溶液吸附的最佳条件。当投炭量为 0.01 g、初始质量浓度为22 mg/L、温度为293.12 K、反应时间为9 min时，吸附量达到最大。在该条件下，将会有效实现玉米秸秆基多孔炭对工业染料废水中结晶紫的净化处理，达到最好的净化效果。通过探究最佳吸附条件，充分发挥玉米秸秆基多孔炭的优势，用最少量、最环保、最简便的方式，使结晶紫染料废水有效净化。