玉米秸稈基多孔炭凈化水體中染料結(jié)晶紫的研究

裴薪楠，劉之茵，王婧彤，楊 斌，郭明明，許宇婷，高 燁

（長春師范大學(xué) 化學(xué)學(xué)院，吉林 長春 130032）

隨著工業(yè)不斷發(fā)展進(jìn)步，人們向水體中排入了大量印染廢水，導(dǎo)致水體被嚴(yán)重污染[1]。被染料污染過的水源對(duì)水體的生態(tài)系統(tǒng)及食用水體生物的人類都產(chǎn)生了極大的危害，致畸、致突變和致癌成了水體染料的代名詞。目前，市面上的染料廢水處理方法效率低、成本高，亟待找到成本低、效率高的處理方法。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇具有高效吸附能力的多孔炭材料作為吸附劑吸附廢水中的染料[2-4]。玉米秸稈基多孔炭具有較強(qiáng)的吸附能力，且比表面積大、孔體積大、價(jià)格低。采用玉米秸稈基多孔炭為吸附劑，操作便捷且效率高，不僅可以有效去除水中溶解的染料，而且對(duì)難以去除的染料色度去除效果也較好[5]。用玉米秸稈基多孔炭去除水體中的染料，變廢為寶，符合綠色化學(xué)發(fā)展理念。

1 實(shí)驗(yàn)方法

將10 mL一定質(zhì)量濃度的結(jié)晶紫溶液與一定量的玉米秸稈基多孔炭混合，將混合后的樣品置于恒溫振蕩器中振蕩，選擇不同吸附條件進(jìn)行吸附，振蕩結(jié)束后算出吸附量q，根據(jù)結(jié)果探究本實(shí)驗(yàn)的最佳吸附條件。計(jì)算公式如下：

式中：q——吸附量，mg/g；ρ0——結(jié)晶紫溶液的初始質(zhì)量濃度，mg/L；ρt——吸附后結(jié)晶紫溶液的質(zhì)量濃度，mg/L；V——結(jié)晶紫溶液的體積，L；m——玉米秸稈基多孔炭的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的確定

測量不同質(zhì)量濃度結(jié)晶紫溶液的吸光度（721分光光度計(jì)），繪制結(jié)晶紫的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，如圖1所示。由圖1可知，結(jié)晶紫溶液的質(zhì)量濃度和吸光度呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系，線性方程為：

圖1 吸光度與結(jié)晶紫質(zhì)量濃度的關(guān)系曲線

通過標(biāo)準(zhǔn)曲線可以確定吸附后結(jié)晶紫的平衡質(zhì)量濃度，進(jìn)而確定吸附量。

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

2.2.1 初始質(zhì)量濃度對(duì)吸附量的影響

保持吸附時(shí)間、吸附溫度及投炭量一定，改變結(jié)晶紫初始質(zhì)量濃度，進(jìn)行振蕩吸附。結(jié)晶紫初始質(zhì)量濃度與吸附量的關(guān)系如圖2所示。

圖2 結(jié)晶紫初始質(zhì)量濃度與吸附量的關(guān)系曲線

2.2.2 吸附時(shí)間對(duì)吸附量的影響

保持初始質(zhì)量濃度、吸附溫度及投炭量一定，改變吸附時(shí)間t，進(jìn)行振蕩吸附。吸附時(shí)間與吸附量的關(guān)系如圖3所示。

圖3 吸附時(shí)間與吸附量的關(guān)系曲線

2.2.3 投炭量對(duì)吸附量的影響

保持初始質(zhì)量濃度、吸附時(shí)間及吸附溫度一定，改變投炭量，進(jìn)行振蕩吸附。投炭量與吸附量的關(guān)系如圖4所示。

圖4 投炭量與吸附量的關(guān)系曲線

2.2.4 吸附溫度對(duì)吸附量的影響

保持初始質(zhì)量濃度、吸附時(shí)間及投炭量一定，改變吸附溫度，進(jìn)行振蕩吸附。吸附溫度與吸附量的關(guān)系如圖5所示。

圖5 吸附溫度與吸附量的關(guān)系曲線

通過研究結(jié)晶紫初始質(zhì)量濃度、吸附時(shí)間、投炭量、吸附溫度與吸附量的關(guān)系，確定了最佳的單因素吸附條件。最佳結(jié)晶紫初始質(zhì)量濃度為20 mg/L，最佳吸附時(shí)間為9 min，最佳吸附溫度為293.15 K（℃=K－273.15），最佳投炭量為0.01 g。

2.3 最佳優(yōu)化條件選取

對(duì)最佳單因素進(jìn)行響應(yīng)分析，選取玉米秸稈基多孔炭吸附水體中結(jié)晶紫的最佳優(yōu)化條件。經(jīng)過附和實(shí)驗(yàn)確定最佳吸附條件為：初始質(zhì)量濃度ρ0=22 mg/L，吸附時(shí)間t=9 min，投炭量m=0.01 g，溫度T=293.12 K。選取最佳吸附條件進(jìn)行吸附，吸附量可以達(dá)到最大，為19.45 mg/g。

3 結(jié)語

通過研究玉米秸稈基多孔炭對(duì)水體中結(jié)晶紫溶液吸附產(chǎn)生影響的單因素吸附條件，明確最佳吸附的單因素條件。對(duì)最佳吸附單因素條件進(jìn)行相應(yīng)分析后，明確玉米秸稈基多孔炭對(duì)水體中結(jié)晶紫溶液吸附的最佳條件。當(dāng)投炭量為 0.01 g、初始質(zhì)量濃度為22 mg/L、溫度為293.12 K、反應(yīng)時(shí)間為9 min時(shí)，吸附量達(dá)到最大。在該條件下，將會(huì)有效實(shí)現(xiàn)玉米秸稈基多孔炭對(duì)工業(yè)染料廢水中結(jié)晶紫的凈化處理，達(dá)到最好的凈化效果。通過探究最佳吸附條件，充分發(fā)揮玉米秸稈基多孔炭的優(yōu)勢，用最少量、最環(huán)保、最簡便的方式，使結(jié)晶紫染料廢水有效凈化。