不同條件對小麥秸稈粉吸附硝基苯的影響

摘要：通過考察時間、溫度、初始pH、硝基苯初始濃度、小麥秸稈粉粒徑和用量對硝基苯靜態吸附的影響，探討了小麥秸稈粉作為一種廉價吸附劑的可行性。結果表明，粒徑為150～380 μm的小麥秸稈粉對硝基苯的去除效果最好，吸附平衡時間約為60 min，硝基苯的吸附隨溫度的升高而增加， pH影響較小。

關鍵詞：小麥秸稈粉；硝基苯；吸附；影響因素

中圖分類號：X52 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2012）21-4756-03

Effects of Different Conditions on the Absorption Ability to Nitrobenzene of Wheat Straw Powder

WU Rong-dong1a，BAI Qiu-yong1b，2，LIU Tao1a

（1a. School of Earth Science and Engineering， 1b.College of Civil and Transportation， Hehai University，Nanjing 210098，China；

2.Environmental Protection Department of Jiangsu Province， Nanjing 210098，China）

Abstract： The possibility of using wheat straw powder as a low-cost adsorbent to remove nitrobenzene（NB） from aqueous solution was discussed by investigating the effects of particle size， time， temperature， pH， dose and initial concentration on its static absorption ability. The results showed that the optimum particle size of wheat batch was 150～380 μm， the equilibration absorption time was about 60 min. Adsorption ability of wheat straw batch increased with temperature increasing； while pH had little effect.

Key words： wheat straw powder； nitrobenzene； adsorbent； influential factor

硝基苯是一種在化工行業被廣泛應用的基礎原料，主要應用于醫藥、染料、農藥及炸藥等行業。但硝基苯同時也是高毒性物質，已被列入世界“環境優先控制有毒有機污染物”名單的前列[1]，對其在工業廢水中的排放國際上有極為嚴格的限制。美國環保局已將其列入129種優先控制污染物之中。

目前，國內外處理硝基苯廢水的主要方法有物理吸附[2]、化學氧化法[3]和生物降解法[4]。其中已有很多利用吸附法處理硝基苯廢水的研究，但多數傳統吸附材料都十分昂貴。因此亟待尋找高效、低廉的吸附劑。

小麥秸稈是數量廣泛的農業生產副產品[5]，但是往往被視為農業廢棄物。本研究探討了小麥秸稈粉對低濃度硝基苯廢水的去除效果和影響因素，結果表明，吸附后的水質可達污水綜合排放標準（GB 8978—1996）一級標準（2.0 mg/L）。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 小麥秸稈 小麥秸稈取自鹽城周邊農家，用粉碎機粉碎，再用去離子水浸泡，自然風干后在70 ℃下烘干10 h，密封保存。

1.1.2 儀器 精密酸度計（奧立龍868，東莞市塘廈宏星儀器廠）、多功能攪拌器（DC-2，鞏義市英峪予華儀器廠）、氣流烘干器（KQ-C，鞏義市英峪予華儀器廠）、電熱恒溫鼓風干燥箱（DHG-9140A，上海精宏實驗設備有限公司）、電子天平（BL610，北京賽多利斯儀器系統有限公司）、恒溫水浴振蕩器（華利達HZ-9810S，太倉市科教器材所）、液相色譜儀（LC1200，德國安捷倫）等。

1.1.3 試劑 無水乙醇、硝基苯、鹽酸、氫氧化鈉、乙腈均為國產分析純。

1.2 試驗方法

1.2.1 硝基苯溶液的制備 因硝基苯在室溫下不溶于水，所以加入無水乙醇與硝基苯混合，再用去離子水稀釋，配制濃度為1 000 mg/L的硝基苯標準液。根據試驗需要，用去離子水和硝基苯標準液配制成不同濃度硝基苯的污染水樣。

1.2.2 靜態吸附試驗 取硝基苯的污染水樣100 mL置于250 mL的三角瓶內。加入定量的小麥秸稈粉末，將三角瓶放入恒溫振蕩器內，振蕩吸附（轉速160 r/min）。采用單因素變量法，考察小麥秸稈粉粒徑、小麥秸稈粉用量、吸附時間、介質pH、硝基苯初始濃度等因素對吸附效果的影響。定時取2 mL樣品，立即使用注射器濾頭（13 mm×0.45 μm）分離。對上層清液采用高效液相色譜法（HPLC）分析其剩余硝基苯濃度。

2 結果與分析

2.1 小麥秸稈粉粒徑的選擇

將粉碎的小麥秸稈粉過20目（粒徑830 μm）、40目（粒徑380 μm）、100目（粒徑150 μm）的篩子，得到粒徑分別為：>830 μm、380～830 μm、150～380 μm、<150 μm 。用剪刀將長秸稈剪短成長度約為5 mm的條狀秸稈。研究5種不同粒徑秸稈對硝基苯的吸附能力，結果如圖1所示。由圖1可知，小麥秸稈對硝基苯的去除能力整體規律是粒徑越小，去除率較大。條狀秸稈的去除率最低，僅為38.4%，吸附量0.38 mg/g；粒徑大于830 μm及380～830 μm的秸稈粉去除率相近，分別為67.8%和65.9%，吸附量分別為0.70 mg/g及0.69 mg/g；粒徑為150～380 μm及小于150 μm的秸稈粉去除率相近，分別為77.2%和76.0%，吸附量分別為0.79 mg/g及0.78 mg/g。對比試驗后決定，選用粒徑在150～380 μm之間的秸稈粉進行試驗。

2.2 吸附時間的影響

在25 ℃、硝基苯初始濃度30 mg/L、粒徑150～380 μm的小麥秸稈粉用量為30 g/L時，研究小麥秸稈粉對硝基苯的吸附量隨時間的變化規律，結果如圖2所示。由圖2可知，小麥秸稈粉對硝基苯的吸附平衡時間約為60 min，前20 min是吸附量急劇增加的階段，20 min后吸附逐漸變得緩慢，并最終達到平衡。

2.3 溫度的影響

在硝基苯初始濃度30 mg/L、粒徑150～380 μm的小麥秸稈粉用量30 g/L時，研究溫度對小麥秸稈吸附效果的影響，結果如圖3所示。由圖3可知，吸附溫度在35 ℃時，小麥秸稈對硝基苯的去除率比15 ℃和25 ℃的高，但影響不大，且隨著時間的延長，這種影響被逐漸弱化。進一步考慮到，溫度低于或高于室內溫度時處理費用的增加，故選定吸附溫度為室溫25 ℃。

2.4 初始pH的影響

溶液的pH通常會對吸附效果產生影響[6]。在25 ℃、硝基苯初始濃度30 mg/L、粒徑150～380 μm的小麥秸稈粉用量30 g/L、吸附時間為60 min時，研究初始pH值對小麥秸稈吸附效果的影響，結果如圖4所示。由圖4可知，pH 等于3時，小麥秸稈對硝基苯的去除率為63.7%，pH等于5時去除率為72.5%，pH 等于7時去除率為60.0%，pH等于 9時去除率為60.8%，雖然酸性條件下小麥秸稈粉對硝基苯的吸附量略好一些，但是整體上pH對小麥秸稈粉去除硝基苯效果的影響不大。同樣考慮到成本的增加，后續試驗不調節溶液的pH，以天然溶液作為試驗條件。

2.5 小麥秸稈粉用量的影響

在溫度25 ℃、硝基苯初始濃度30 mg/L、不調節pH條件下，研究小麥秸稈粉用量的影響。分別用10、20、30、40 g/L、粒徑為150～380 μm的小麥秸稈粉測定樣本中硝基苯的平衡濃度。

隨著小麥秸稈粉用量的增加，對硝基苯去除率也隨之增加。秸稈粉用量為10 g/L時對硝基苯的平均去除率僅為38.86%，20 g/L時平均去除率為45.79%，30 g/L時平均去除率為59.97%，40 g/L時平均去除率為63.33%。試驗過程中，對硝基苯的去除率最高可達75.00%。另一方面，樣品用量增加時吸附量卻明顯下降（表1）。當秸稈粉用量為30 g/L時，小麥秸稈對硝基苯的去除效果達到最優，此時，去除率為59.97%，吸附量為0.60 mg/g。

2.6 硝基苯初始濃度的影響

在溫度25 ℃、30 g/L粒徑為150～380 μm的小麥秸稈粉用量、不調節pH條件下，設定硝基苯污染水樣初始濃度分別為10、20、30、40 mg/L，測定小麥秸稈粉對硝基苯的吸附效果。

由圖5可以看出，隨著硝基苯初始濃度增加，小麥秸稈對硝基苯的吸附量逐漸增加，去除率下降。初始濃度越小，吸附的效果越好，初始濃度為10 mg/L時，去除率為92.00%，而初始濃度為40 mg/L時去除率僅為56.13%。當初始濃度低于40 mg/L時，硝基苯的吸附量與初始濃度呈線性變化，這說明秸稈的吸附能力尚未接近飽和狀態，還有進一步提升的空間。

3 結論

研究了使用小麥秸稈去除硝基苯的可行性，發現是可行和有效的，并得到了其最佳吸附條件。Langmuir和Freundlich等溫線都可較好擬合吸附過程。硝基苯初始濃度為10 mg/L時，吸附后平衡濃度最低將達到0.8 mg/L，此濃度低于國家《污水綜合排放標準》一級標準。而對于高濃度硝基苯廢水，可采取加大秸稈用量以及多次吸附等方法，從而達到排放標準。因此，小麥秸稈粉有潛力成為一種快速、有效、低成本的環保吸附劑。

參考文獻：

[1] PAN J， GUAN B. Adsorption of nitrobenzene from aqueous solution on activated sludge modified by cetyltrimethylammonium bromide[J]. J Hazard Mater，2010，183（1-3）：341-346.

[2] BOYD S A， SHENG G Y，TEPPEN B J， et al. Mechanisms for the adsorption of substituted nitrobenzenes by smectite clays[J]. Environ Sci Technol，2001，35（21）：4227-4234.

[3] LATIFOQLU A， GUROL M D. The effect of humic acids on nitrobenzene oxidation by ozonation and O3/UV processes [J]. Water Res，2003，37（8）：1879-1889.

[4] NISHINO S F， SPAIN J C. Oxidative pathway for the biodegradation of nitrobenzene by Comamonas sp. strain JS765 [J]. Appl Environ Microb， 1995， 61（6）：2308-2313..

[5] 李京京，白金明，RDPH O. 中國生物質資源可獲得性評價[M]. 北京：中國環境科學出版社，1998.

[6] KRISHNA B S，MURTY D S R， JAI PRAKASH B S. Thermodynamics of chromium（VI） anionic species sorption onto surfactant-modified montmorillonite clay[J]. J Colloid Interface Sci，2000，229（1）：230-236.

收稿日期：2011-12-07

基金項目：江蘇省環保科研項目（201029）

作者簡介：吳榮東（1987-），男，江蘇射陽人，在讀碩士研究生，研究方向為環境地質，（電話）15077859629（電子信箱）wurongdong87@163.com。