農作物殘體制備的生物質炭對水中亞甲基藍的吸附作用

徐仁扣，趙安珍，肖雙成，等

目的：印染行業排放的廢水中含有染料等污染物，處理不當會污染水環境。亞甲基藍是水溶性染料的代表性化合物，是一種廣泛使用的陽離子染料。另一方面，農作物秸稈等農業廢棄物數量大、處置困難，露天焚燒加重大氣污染。為研發廉價、高效的印染廢水凈化技術，研究了由農業廢棄物制備的生物質炭對亞甲基藍的吸附作用，結果可為通過吸附方法去除印染廢水中的亞甲基藍提供技術支持。方法：稻草、稻殼、大豆秸稈和花生秸稈在 350℃下厭氧加熱制備生物質炭，測定了生物質炭的 pH、比表面積、陽離子交換量（CEC）和zeta電位和表面官能團數量。用批平衡實驗研究了生物質炭對亞甲基藍的吸附等溫線和溶液pH對吸附容量的影響，用柱淋溶實驗研究了生物質炭對溶液中亞甲基藍的去除效果。結果：結果表明，生物質炭表面含豐富的含氧官能團、CEC較高，除稻殼炭外，其他3種生物質炭均呈堿性。生物質炭對亞甲基藍有很高的吸附容量，但不同生物質炭之間存在較大差異，4種生物質炭吸附亞甲基藍的大小順序為：稻草炭＞大豆秸稈炭＞花生秸稈炭＞稻殼炭，這一順序與生物質炭的比表面積和CEC大小基本一致，說明生物質炭表面負電荷越多、比表面積越大，越有利于亞甲基藍的吸附。進一步研究表明，在 pH4.0～8.5范圍內亞甲基藍的吸附量基本不隨 pH的改變而變化，而隨介質離子強度的增加而增加，且亞甲基藍吸附導致生物質炭的 Zeta電位向正值方向位移，這些結果說明亞甲基藍與生物質炭表面發生了專性相互作用。等溫擬合結果表明，亞甲基藍的吸附符合Langmuir等溫線，擬合的相關系數（R2）在0.989～0.949之間，擬合效果較好，可以用Langmuir方程描述生物質炭對亞甲基藍的吸附，擬合獲得的亞甲基藍的最大吸附量Qm在 89.3～196.1 mmol×kg－1之間，稻草炭的Qm最大，稻殼炭Qm的最小，前者是后者的2.2倍。擬合獲得的與吸附強度有關的K值的大小順序為：稻草炭＞花生秸稈炭＞大豆秸稈炭＞稻殼炭，說明亞甲基藍在稻草炭表面不僅吸附量最高，其吸附強度也最大，而稻殼炭正好相反。淋溶實驗表明，156 g稻殼炭可以將30 L含0.3 mmol×L－1亞甲基藍的水中的該染料幾乎全部除去，累積吸附量達57.7 mmol×kg－1。結論：由農業廢棄物經厭氧熱解制備的生物質炭對亞甲基藍有很高的吸附容量，可有效去除水體中亞甲基藍等陽離子染料。4種生物質炭吸附亞甲基藍的大小順序為：稻草炭＞大豆秸稈炭＞花生秸稈炭＞稻殼炭，稻草炭的去除亞甲基藍的效果最好。亞甲基藍在生物質炭表面主要發生專性吸附，可以用 Langmuir方程描述生物質炭對亞甲基藍的等溫吸附行為。其他：生物質炭為生物質燃料，吸附染料后的生物質炭可以通過焚燒進行進一步處置，不產生二次污染。本研究也為農作物秸稈等農業廢棄物的處置提供新途徑。

來源出版物：環境科學, 2012, 33(1): 142-146

入選年份：2015