改性玉米芯對二苯胺的生物吸附研究

禹明洋，杜靈生，郭越峰，韓冬霞，馬金洋，高利

（新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院三全學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453000）

二苯胺是一種重要的精細(xì)化工原料，廣泛應(yīng)用于染料、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、軍工等行業(yè)，已成為橡膠助劑、染料和醫(yī)藥的重要原料[1-3]。同時(shí)，由于二苯胺有揮發(fā)性，高毒，能刺激皮膚和黏膜，引起血液中毒（生成高鐵血紅蛋白）等癥狀，也有著不少的危害。因此，二苯胺廢液的后期處理尤為重要。

工業(yè)生產(chǎn)中二苯胺廢水的去除方法有絮凝、氧化或臭氧化、膜分離和活性炭吸附等[4]，但這些技術(shù)因效率低、成本高等原因而難以普遍使用。因此，人們開始尋找廉價(jià)易得、可更新的材料以及更有效的吸附處理技術(shù)用于廢水處理。生物吸附法是一種有發(fā)展前途的處理水中有毒難降解有機(jī)物的方法[5-6]。生物吸附是新興的研究領(lǐng)域，對有機(jī)染料廢水處理，環(huán)境保護(hù)都有著重要的意義。特別是其材料來源廣泛，成本低廉，又可實(shí)現(xiàn)廢物的循環(huán)再利用，在水處理方面有著廣闊的發(fā)展前景。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 試劑及儀器

高錳酸鉀、磷酸、鹽酸、氫氧化鈉、二苯胺；恒溫水浴鍋、可見分光光度計(jì)、紫外分光光度計(jì)、磁力攪拌器、酸度計(jì)、離心機(jī)、電子天平、溫度計(jì)、鼓風(fēng)干燥箱、粉碎機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)篩50目。

1.2 吸附劑的制備

取玉米芯，用自來水沖洗雜土，再用蒸餾水清洗，去除雜質(zhì)；70℃下烘干；用粉碎機(jī)粉碎過篩；取適量玉米芯與100mL0.01mol/L的KMnO4在60℃的恒溫下反應(yīng)1.5h。抽濾并用蒸餾水沖洗至中性。烘干，放入廣口瓶中備用。

1.3 吸附實(shí)驗(yàn)

1.3.1 實(shí)驗(yàn)原理

在相同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，取適量的改性玉米芯加入到錐形瓶內(nèi)，加入不同濃度的二苯胺溶液，攪拌一定時(shí)間后，分離出上清液，在波長為280nm下用紫外分光光度計(jì)測其吸光度A。根據(jù)A-C曲線，計(jì)算Ce以及吸附量。

式中：qe為吸附量，即單位質(zhì)量的麥殼結(jié)合二苯胺的毫克數(shù)，mg/g；C0為二苯胺的初始質(zhì)量濃度，mg/L；Ce為吸附平衡時(shí)二苯胺的質(zhì)量濃度，mg/L；V為二苯胺平衡時(shí)體積，mL；m為生物吸附劑的平衡質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 吸附時(shí)間的影響

取一定量的改性玉米芯加入10mL 0.015mg/mL的二苯胺溶液，攪拌，吸附一定的時(shí)間后，測定溶液的濃度，計(jì)算出其生物吸附量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1。由圖1可知，吸附反應(yīng)開始后，隨著吸附時(shí)間的增長，qe逐漸增大，20min后qe達(dá)到最大，可見在20min后高錳酸鉀改性玉米芯對二苯胺的吸附達(dá)到平衡，再增加吸附時(shí)間也不能增加qe。在20min以后qe基本無變化呈現(xiàn)下降趨勢，出現(xiàn)解吸現(xiàn)象，所以選擇吸附時(shí)間在20min左右。

圖1 吸附時(shí)間對吸附效果的影響

2.2 初始濃度的影響

取一定量的改性玉米芯分別加入10mL濃度為0.005、0.010、0.020、0.025mg/mL和 0.030mg/mL的二苯胺溶液，攪拌20min后測其濃度，計(jì)算出生物吸附量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2。隨著二苯胺初始濃度的增加，qe逐漸增大，吸附量逐漸增大。這是因?yàn)橥都淤|(zhì)量一定的高錳酸鉀改性玉米芯，具有一定的吸附點(diǎn)位數(shù)，二苯胺溶液的濃度越高其與改性玉米芯間的吸附作用力越強(qiáng)。在二苯胺初始濃度為0.015mg/mL時(shí)曲線的斜率最大，即qe增加最快。

圖2 二苯胺初始濃度對qe的影響曲線圖

2.3 吸附劑用量的影響

稱取不同質(zhì)量的改性后的玉米芯分別不同的錐形瓶中，加入10mL 0.015mg/mL的二苯胺溶液，攪拌20min后測其濃度，計(jì)算出生物吸附量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3。隨著改性玉米芯用量的增加，二苯胺與改性玉米芯的有效接觸面積增加，吸附二苯胺的量逐漸增加。但因初始濃度固定、體積固定，改性玉米芯用量越大質(zhì)量越重，單位質(zhì)量吸附劑吸附的二苯胺少，所以說qe逐漸減小。

圖3 吸附劑用量與qe的關(guān)系曲線圖

2.4 吸附溫度的影響

稱取適量的改性后的玉米芯分別在293、298、303、323K和343K溫度下，加入10mL 0.015mg/mL的二苯胺溶液，攪拌20min后測其濃度，計(jì)算出生物吸附量，結(jié)果如圖4。隨著反應(yīng)溫度的逐漸升高，qe逐漸減小，吸附量也逐漸減小，當(dāng)達(dá)到一定溫度后隨著溫度的逐漸升高，qe逐漸增大。因?yàn)槲椒磻?yīng)為化學(xué)吸附，溫度升高阻礙反應(yīng)的正向進(jìn)行，其吸附效率降低，qe逐漸減小，吸附量也逐漸減小，但隨著溫度的繼續(xù)升高，二苯胺揮發(fā)，其不斷揮發(fā)結(jié)果使qe增加，卻達(dá)不到吸附除去二苯胺的效果。

圖4 吸附溫度與qe關(guān)系曲線圖

2.5 酸堿度的影響

溶液pH值是影響生物吸附的重要因素之一，本實(shí)驗(yàn)研究了溶液不同pH值條件下改性玉米芯對二苯胺的吸附效果，實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)pH范圍為1～12。不同溶液pH值下，改性玉米芯對二苯胺的吸附結(jié)果如圖5。

當(dāng)pH在2～4時(shí)，改性玉米芯對二苯胺的吸附效果呈上升趨勢，當(dāng)pH大于4時(shí)，吸附量明顯下降，因此，在pH值為4左右時(shí)，改性玉米芯對二苯胺的吸附效果最好。這主要是因?yàn)橛捎诙桨肪哂休^弱的酸性，當(dāng)溶液的pH值大于4時(shí)，水中二苯胺主要以離子形式存在，而當(dāng)溶液的pH值小于4時(shí)，水中二苯胺主要以分子形式存在，但若酸性過強(qiáng)則會(huì)導(dǎo)致二苯胺與改性玉米芯吸附結(jié)合困難。因此，改性 玉米芯對二苯胺的吸附在較寬的pH為2～4的范圍內(nèi)，吸附效果良好，這對改性玉米芯今后實(shí)際大規(guī)模應(yīng)用于處理含二苯胺的廢水將是有利條件。

3 結(jié)語

本實(shí)驗(yàn)主要為改性玉米芯對廢液中二苯胺的吸附，研究了吸附劑用量、吸附時(shí)間、初始濃度、pH值、溫度等條件對改性玉米芯吸附二苯胺的影響。結(jié)果表明改性玉米芯能有效地吸附二苯胺，是一種廉價(jià)的吸附劑。玉米是我國產(chǎn)量最大的糧食作物之一，產(chǎn)量大，但大多數(shù)玉米芯依然沒有得到充分的利用，不僅造成了資源的浪費(fèi)，而且造成了很大程度上的環(huán)境污染問題。但把玉米芯應(yīng)用于規(guī)模化的廢水處理，還將是一個(gè)漫長的過程，例如，玉米芯吸附劑改性方法的研究以提高其吸附容量、吸附劑的批量裝柱處理廢水以獲得動(dòng)態(tài)模擬的數(shù)據(jù)、吸附劑的脫附再生研究以及吸附劑的后處理問題等都將是今后研究努力的方向。另外，對二苯胺等污染物質(zhì)的吸附過程中，不僅有物理吸附、化學(xué)吸附，還有交換吸附并且吸附機(jī)理較為復(fù)雜，還需進(jìn)一步研究。

圖5 酸堿度與qe關(guān)系曲線圖