花生殼生物炭對水中活性紫染料的吸附特性

王麗敏，魏 薇，王 紅

(吉林化工學院 資源與環境學院，吉林 吉林 132022)

染料被廣泛應用于各個行業中，如在紡織、橡膠、造紙、印染等行業用來給產品上色。世界范圍內每年染料的總消耗量超過104噸，其中有10 %在印染及相關行業的廢水中排放出來進入環境水體[1]。水體中的染料能夠影響水生生物的光合作用，從而對生態環境造成破壞。染料的化學結構復雜，有些染料分子結構中含有芳環等結構，這種結構即使在光照、氧化劑氧化及生物降解等作用下也比較穩定，用傳統的廢水處理方法難于處理[2-3]。采用吸附技術從廢水中去除染料是一種既可行又經濟的方法[4]。常用的吸附劑是活性炭，但商業活性炭成本高，再生困難，因此尋找低成本、吸附性能好的吸附劑受到廣大研究者的關注[5-6]。本研究以花生殼為原料制備生物炭，以活性紫染料為吸附對象， 旨在尋找更加低廉的新型吸附材料，為降低染料廢水處理成本提供參考。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

UVmini-1240紫外可見分光光度計(日本島津儀器有限公司)；pHS-3C數顯酸度計(上海宇隆儀器有限公司)；FA2004N型電子天平(上海精密科學儀器有限公司)；TDL-50B臺式離心機(上海安亭科學儀器廠)。

活性紫(分析純，山西醫藥公司北京采購供應站)、磷酸(分析純，天津市大茂化學試劑廠)、氫氧化鈉(分析純，天津市大茂化學試劑廠)。

1.2 花生殼生物炭制備

將花生殼用自來水洗凈，在蒸餾水中浸泡后烘干至恒重，粉碎過60目篩后，置于干燥器內備用。取一定量干燥的花生殼于燒杯中，加入85%的磷酸,固液比為1∶1，攪拌均勻后放進坩堝中，馬弗爐里在600℃炭化3 h。待坩堝自然冷卻至室溫后，取出，用蒸餾水洗至中性，干燥后即得到花生殼生物炭。

1.3 吸附實驗

取一定質量的花生殼生物炭于250 mL的錐形瓶中，加入不同濃度的活性紫溶液，振蕩一定時間后，用紫外可見分光光度計于594 nm測定吸附后溶液中活性紫的濃度，并按下式計算花生殼生物炭的吸附量。

qe=(C0-Ce)V/m (1)

式中，C0、Ce(mg/L)分別為加入的活性紫溶液的初始濃度和吸附達平衡后的濃度，V(L)為進行吸附時溶液的體積，m(g)為花生殼生物炭的質量，qe(mg/g)為吸附量。

2 結果與討論

2.1 吸附時間對吸附量的影響

向盛有0.1 g 花生殼生物炭的錐形瓶中分別加入50 mL質量濃度為50 mg/L的活性紫溶液，25℃下振蕩不同時間后，離心，用紫外可見分光光度計測定上清液中染料的濃度。得到吸附量與吸附時間的關系曲線，見圖1。

從圖1中可以看出，在吸附的初始階段吸附速度很快，隨著吸附時間延長，吸附量逐漸增加，在吸附60 min后吸附量基本保持不變，說明吸附已經達到平衡狀態。

圖1 吸附平衡時間

2.2 pH值對吸附量的影響

溶液初始pH值對吸附量的影響見圖2。由圖2可以看出，在較低pH條件下，花生殼生物炭對活性紫的吸附量較大，隨著pH升高，吸附量逐漸減小。在所研究的范圍內，吸附最佳pH值為2，考慮到實際應用中pH值為2的體系酸性太強，不利于實際設備運行，后續實驗選擇在pH值為4的條件下進行。

圖2 pH值對吸附量的影響

2.3 染料初始濃度對吸附量的影響

圖3 初始濃度對吸附量的影響

向盛有0.1 g花生殼生物炭的錐形瓶中分別加入50 mL不同初始質量濃度的活性紫溶液，25℃下恒溫振蕩器中振蕩90 min后離心，用紫外可見分光光度計測定上清液中活性紫的濃度。得到吸附量隨染料初始濃度變化的曲線，如圖3所示。隨著初始質量濃度的提高，吸附量逐漸增大，當初始質量濃度達到500 mg/L之后，吸附量增加緩慢，近乎達到吸附飽和，實驗中最大吸附量為64.93 mg/g。

3 結論

采用花生殼為原料制備生物炭，研究了其吸附水中活性紫的性能。研究結果表明花生殼生物炭對水中活性紫的吸附是一個快速過程，60 min就可達到吸附平衡。pH值是影響吸附過程的重要因素之一，酸性條件下有利于吸附。最大吸附量可達64.93 mg/g。花生殼生物炭作為水中活性紫染料的低成本吸附劑有一定潛在應用價值。