聚糠醛吸附亞甲基藍的研究

（沈陽建筑大學 材料科學與工程學院， 遼寧 沈陽 110168）

聚糠醛吸附亞甲基藍的研究

宛 美，許 峰，馬健巖，王麗娟

（沈陽建筑大學 材料科學與工程學院， 遼寧 沈陽 110168）

通過聚糠醛吸附亞甲基藍水溶液，從兩個方面研究了聚糠醛對亞甲基藍的吸附性能的影響因素，一方面是在制備聚糠醛過程中加入不同的硫酸量，另一方面是聚糠醛在不同的溫度下進行煅燒。通過記錄的吸附數據建立亞甲基藍吸附量Q與加入不同硫酸量樣品隨時間t的變化關系并繪制成圖。通過分析，結果表明加入硫酸量為50 mL制備的聚糠醛吸附亞甲基藍的性能較好；在300 ℃煅燒下，聚糠醛吸附亞甲基藍的性能較好。

聚糠醛；亞甲基藍；吸附；

隨著人們生活水平的不斷提高，科技的不斷發展，人們對石油、煤炭、天然氣等不可再生資源的消耗也越來越大，然而在這些不可再生資源消耗的同時也產生了大量的廢棄物、污染物，大氣污染、水體污染、固體廢棄物污染、生物污染、土壤污染等等環境污染問題也隨之而來。在這些污染中，水體污染問題尤為突出，然而水是人類的生命之源，解決水體污染問題已是一個亟待解決的問題。在現階段，常用的方法有絮凝、過濾、吸附、離子交換等方法。而吸附法是最常見的，此方法最常用的吸附劑有活性炭、分子篩、沸石、膨潤土等無機材料。但這些材料有生產成本高、消耗量大等等在實際應用方面的缺點，使其在生產使用過程中受到了一定的約束[1-4]。

糠醛的生產以富含多縮戊糖的干蔗渣、玉米芯、稻殼等可再生的農林作物為原料,具有取之不盡、用之不竭的特點，可稱作綠色環保材料。通過硫酸法可將糠醛聚合成聚糠醛，它是高分子材料，與無機材料相比，高分子材料能夠更好的與吸附質相結合，從而起到更好的吸附效果。所以用聚糠醛作為吸附劑克服了傳統吸附劑的缺陷，有著更好的實際應用價值，同時這也為拓寬糠醛的應用領域提供了一條新的途徑[5-10]。

本文以亞甲基藍為研究對象，應用聚糠醛對亞甲基藍的吸附脫色進行研究，來模擬聚糠醛對染料污水的吸附作用，探索聚糠醛作為處理染料污水的一種新型吸附劑的可行性[11-16]。實驗結果表明，聚糠醛對亞甲基藍具有較好的吸附性能。

1 實驗部分

1.1 試劑儀器

實驗試劑：糠醛(分析純化學試劑)，濃硫酸（10 mL/L）(分析純化學試劑)，亞甲基藍(分析純化學試劑)，蒸餾水。

實驗儀器：真空抽濾器，恒溫電動磁力攪拌器，800型離心機，分光光度計，高溫爐，電熱恒溫鼓風干燥箱。

1.2 實驗內容

1.2.1 在制備聚糠醛過程中加入不同量的硫酸

將一100 mL燒杯置于恒溫電動磁力攪拌器上，加入10 mL糠醛，并放入一轉子，在已固定在鐵架臺上的分液漏斗中分別依次加入50、37.5、30、20 mL配制好的10 mL/L的硫酸，靜置24 h后，用蒸餾水和無水乙醇洗滌至中性，放入電熱恒溫鼓風干燥箱（60 ℃）烘干，用瑪瑙研缽研磨成粉末狀，即制得4個不同的聚糠醛樣品。

1.2.2 制備的不同的聚糠醛樣品在不同溫度下進行煅燒

將上一步驟中制備的4個聚糠醛樣品分別在200、300、350 ℃高溫爐中煅燒3 h。

1.2.3 亞甲基藍標準曲線的繪制

（1）制備100 mg/L的亞甲基藍溶液：在100 mL燒杯中裝入少量蒸餾水，用天平稱取0.1 g亞甲基藍粉末，再將其倒入燒杯中溶解，然后再將其移入到1 000 mL的容量瓶中，加入蒸餾水稀釋，直至1 000 mL標線。

（2）在100 mL容量瓶中用移液管分別移入5、10、20、30、40 mL亞甲基藍標準溶液，再用蒸餾水將其全部稀釋至100 mL標線處，順指針（或逆時針）方向搖勻，再另外準備一只100 mL容量瓶裝入蒸餾水至標線處，將分光光度計調制波長為664 nm處，用1 cm比色皿測定吸光度，根據記錄的數據繪制標準曲線(表1，圖1)。

表1 亞甲基藍濃度與吸光度Table 1 Methylene blue concentration and absorbance

圖1 亞甲基藍標準曲線Fig.1 Methylene blue standard curve

1.2.4 吸附試驗

在室溫下，稱取50.0 mg的樣品與100 mL的燒杯中，用移液管量取50 mL濃度為10 mg/L的亞甲基藍溶液與樣品均勻混合，并將燒杯置于恒溫磁力攪拌器上不斷攪拌，每10 min取樣用離心機離心后，取其上清液測定吸附后亞甲基藍溶液的吸光度。按式（1）計算比吸附量Q。

式中：C0，Ct— 分別為亞甲基藍的初始和吸附后的質量濃度，mg/L；

V — 亞甲基藍溶液的體積，mL；

m — 樣品質量，g。

1.2.5 吸附動力學研究

根據1.2.4實驗中計算得出的吸附量Q，繪制時間t與吸附量Q的對數（ln）曲線，從而得出吸附動力學曲線。

2 結果與討論

2.1 硫酸加入量對聚糠醛吸附性能的影響

圖2 亞甲基藍吸附量Q與加入不同硫酸量樣品隨時間t的變化關系Fig.2 Change of methylene blue adsorption quantity Q with sulfuric acid dosage over time t

按實驗方法1.2.4進行操作，將記錄的數據按照未經煅燒（圖1）、煅燒300 ℃（圖2）、350 ℃（圖3）、200 ℃（圖4）分成4組，繪制成吸附量Q與硫酸加入量隨時間t的變化關系圖。圖1中，4個樣品都隨著時間t增加吸附量Q不斷增加，后達到吸附平衡，而50 mL樣品吸附量最大，吸附量Q大致在238 mg左右。圖2中，4個樣品隨著時間t的增加吸附量Q先增加后有所減少，但一直維持在230 mg左右。圖3中，50 mL和37.5 mL樣品在10 min以后，隨著時間t的增加吸附量Q先是有細微的下降趨勢但后達到吸附平衡，吸附量Q穩定在230 mg左右。圖4中，除20 mL樣品外，其它3個樣品都處于上升趨勢后達到吸附平衡，但只有50 mL樣品的吸附量Q一直在220 mg以上，最后達到吸附平衡，吸附量Q為229 mg左右。綜上所述，硫酸加入量為50 mL制得的聚糠醛吸附效果最好。曲線會出現先上升后下降的趨勢是由于剛開始吸附時，吸附劑的表面基本都是空著的，吸附量Q會不斷增加，隨著吸附反應的進行，吸附量Q達到一定程度，此時吸附劑表面的空穴大部分已被占據，甚至會釋放一些吸附質，所以吸附量Q會有所下降。加入硫酸量50 mL制得的聚糠醛樣品最好是因為加入50 mL硫酸時，10 mL的糠醛試劑能夠完全聚合，剩余的硫酸作為催化劑加快了聚合反應的進行并使反應進行的更完全。

2.2 溫度對聚糠醛吸附性能的影響

由以上4張圖可見，只有圖2中4個樣品的吸附量Q一直處于180 mg以上，吸附平衡時，吸附量都在230 mg左右。因此在300 ℃高溫下進行煅燒制得的聚糠醛吸附性能比較好。這主要是因為通過高溫燒制，聚糠醛表面形成大小不同的孔隙，并且孔隙表面結構出現不完整性，而在300 ℃時，聚糠醛的不飽和鍵完全斷裂，聚糠醛有最大的孔隙率，聚糠醛內部的孔隙有較大的比表面積對亞甲基藍進行吸附，隨著時間的推移，這些孔隙對吸附質的吸附逐漸達到飽和狀態，吸附質很難被吸附到聚糠醛表面上，吸附量也開始減小，最終達到吸附平衡。而溫度高于300 ℃，樣品出現碳化現象，所以吸附量Q會大大下降如圖2；溫度低于300 ℃，聚糠醛中的不飽和鍵不能夠完全斷裂，孔隙率很低，糠醛內部的比表面積也較小，所以對亞甲基藍的吸附量Q也較小。

2.3 降解動力學研究與分析

從以上4個圖可以看出聚糠醛對亞甲基藍的吸附作用分為兩個階段，0～10 min內，聚糠醛與亞甲基藍剛剛接觸，這時為快速吸附過程；10 min以后，吸附速度大大下降，最后趨于吸附平衡。聚糠醛對亞甲基藍的吸附作用，參照Lagergren吸附方程。

Lagergren一級動力學方程表達式：

Lagergren二級動力學方程表達式：

式中：Qt— 任意時刻t吸附量，mg/g；

Qe— 平衡吸附量，mg/g；

k1— 一級吸附速率常數，g/mg-1min-1；

k2— 二級吸附速率常數，g/mg-1min-1；

t — 吸附時間，min。

表2中是在不同條件下，聚糠醛吸附亞甲基藍的動力學描述，不難看出，一級線性擬合時，相關系數R12值都在0.90附近；而二級線性擬合時，相關系數R22值都在0.97附近，接近于1，所以二級方程的線性相關性更好。即二級動力學方程能更好的描述出聚糠醛對亞甲基藍的吸附行為。

表2 吸附動力學參數擬合Table 2 Adsorption kinetic parameters fitting

3 結 論

加入硫酸量為50 mL制得的聚糠醛吸附亞甲基藍的性能比加入其它硫酸量制得的聚糠醛吸附亞甲基藍的性能要好; 300 ℃高溫下進行煅燒制得的聚糠醛吸附亞甲基藍比在其他溫度下和未經煅燒制得的聚糠醛吸附亞甲基藍的性能要好。

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Research on Adsorption Performance of Poly Furfural for Methylene Blue

WAN Mei, XU Feng, MA Jian-yan, WANG Li-juan
（School of Materials Science and Engineering, Shenyang Jianzhu University, Liaoning Shenyang 110168，China）

Factors affecting adsorption performance of poly furfural for methylene blue were studied from two aspects including sulfuric acid dosage in the preparation process of poly furfural and calcination temperature of poly furfural. By recording the adsorption data, change relationship between methylene blue adsorption quantity Q with adding sulfuric acid dosage over time was established. The analysis results show that，when sulfuric acid dosage is 50 mL and calcination temperature of poly furfural is at 300 ℃，adsorption performance of prepared poly furfural for methylene blue is the best.

Poly furfural; Methylene blue; Adsorption

TQ 215

： A

： 1671-0460（2014）04-0506-03

2013-11-07

宛美（1988-），女，遼寧沈陽人，碩士，2014年畢業于沈陽建筑大學，研究方向：高分子功能材料。E-mail：wanmeiperfect@126.com。