改性柚子皮對堿性品紅的吸附研究

鄭苗苗，張 梅，陸偉瓊，洪曉暉，歐栩榮，方小萍

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改性柚子皮對堿性品紅的吸附研究

鄭苗苗，張 梅，陸偉瓊，洪曉暉，歐栩榮，方小萍

（閩江學(xué)院 化工與材料系，福建 福州 350108）

以NaOH對柚子皮進行改性，制備改性柚子皮生物吸附劑，采用靜態(tài)吸附、分光光度法考察吸附劑投入量等因素對染料水溶液中堿性品紅吸附效果的影響。結(jié)果表明：當(dāng)改性柚子皮投加量0.09 g，吸附時間35 min，堿性品紅初始濃度為25 mg·L-1，pH為4，溫度為45 ℃時，吸附率達到88.52%，比改性前提高了57.86%。

柚子皮；改性；堿性品紅；吸附

染料廢水成分復(fù)雜，有機物含量高，酸堿性強、難降解，是國內(nèi)外公認的污染嚴(yán)重且難處理的廢水之一[1]。目前印染廢水處理的方法有Fenton試劑法、電化學(xué)法、吸附法、混凝沉淀法、光催化降解法等[2]。其中吸附法工藝簡單、投資少、處理量大，能選擇性地吸附某些化合物，尤其適合難生化降解的染料廢水的脫色處理[3]。農(nóng)業(yè)廢棄物如甘蔗渣、花生殼、蘆葦、玉米桿等，因其資源豐富、價廉，表面積大，富含纖維素等特點，被用作吸附材料的載體，用其處理染料廢水的研究已經(jīng)多有報道[4-5]。

柚子是我國南方主要的水果之一，而柚子皮約占柚子全重的50%左右，如果直接丟棄，將造成極大浪費[6]。柚子皮內(nèi)部白色絮狀層中的纖維 素和半纖維素含有大量的親水性基團，表面積大，具有良好的吸附性能[7]。本文以柚子皮為材料，研究改性柚子皮作為生物吸附劑，對染料廢水中的堿性品紅的吸附性能，為柚子皮處理染料廢水，以廢治廢提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

材料：本試驗選用福建所產(chǎn)柚子的果皮，洗凈，去除黃色表皮，切成1 cm左右小塊，蒸餾水浸泡，置烘干箱60 ℃烘干至恒重，粉碎，過40-60目篩，置于干燥器中備用。堿性品紅、氫氧化鈉、無水乙醇等試劑均為分析純。

儀器：85-2恒溫磁力攪拌器、UV-1240數(shù)顯紫外分光光度計、TDL80-2B型臺式離心機、BSA224S電子分析天平、HH-4智能數(shù)顯恒溫水浴鍋、SHZ-DIII循環(huán)水真空泵、PHS-3C臺式酸度計、SHA-C數(shù)顯恒溫水浴恒溫振蕩器、NEXUS8傅立葉紅外光譜儀等。

1.2 實驗方法

1.2.1 改性柚子皮的制備

準(zhǔn)確稱取40-60目篩取的柚子皮40 g置于1 000 ml燒杯中，加入800 ml 1 mol?L-1的NaOH溶液，用磁力攪拌器攪拌加熱至30 ℃。用去離子水洗至中性，抽濾，將樣品置于60 ℃烘干箱中烘干至恒重，得到NaOH改性柚子皮吸附劑。

1.2.2 吸附率測定

取一定質(zhì)量改性柚子皮吸附劑置于100 mL具塞錐形瓶中，加入50 mL一定濃度的堿性品紅溶液，調(diào)節(jié)一定的pH值，置于水浴恒溫振蕩器中勻速振蕩一定時間，取上清液離心，用紫外分光光度法在543 nm處測定溶液的吸光值。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算吸附后溶液中堿性品紅染料的質(zhì)量濃度，吸附率按以下公式計算：

吸附率=[(0-e)/0]×100%

式中，0和e為堿性品紅染料的初始和吸附后溶液的質(zhì)量濃度（mg·L-1），試驗重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 柚子皮投加量對吸附效果的影響

圖1 柚子皮投入量對吸附率的影響

從圖1可以看出，隨著改性柚子皮吸附劑投入量增加，對堿性品紅的吸附率增大，當(dāng)柚子皮的用量增加到0.09 g時，堿性品紅的吸附率達到86.94%。這可能是隨著吸附劑投加量的增加，參與吸附的官能團數(shù)目及有效吸附面積增大。繼續(xù)增加投入量，吸附率基本趨于穩(wěn)定，可能是因為當(dāng)柚子皮投加量增加到一定程度時，有效吸附接觸面積不再增加，且堿性品紅溶液濃度一定，吸附達到平衡時，吸附率增加趨緩。因此柚子皮吸附劑最佳投加量為0.09 g。

2.2 柚子皮吸附時間對吸附效果的影響

圖2 吸附時間對吸附率的影響

由圖2可知，在反應(yīng)10~20 min內(nèi)吸附曲線趨勢上升明顯，說明該時間階段柚子皮吸附速率大，為吸附染料擴散到柚子皮吸附劑表面的過程。在20~35 min內(nèi)曲線上升變緩，當(dāng)?shù)竭_35 min吸附達到基本平衡，再延長吸附時間，對吸附率的影響也不大。這說明，在其他條件固定不變時，最適吸附時間為35 min。

2.3 溶液初始濃度對吸附效果的影響

圖3 初始濃度對吸附率的影響

由圖3可知，在一定的吸附條件下，堿性品紅溶液初始濃度在5~25 mg·L-1變化時，吸附率增大，這是因為柚子皮內(nèi)外表面與堿性品紅溶液的濃度差增大，有利于堿性品紅溶液分子向柚子皮內(nèi)外表面的孔隙擴散，從而加快吸附速率。當(dāng)初始濃度大于25 mg·L-1時，吸附率不再增加反而呈現(xiàn)略有下降趨勢，可能是柚子皮吸附量已經(jīng)達到飽和，因此，最適合的初始濃度為 25 mg·L-1。

2.4 溶液pH值對吸附效果的影響

圖4 pH對吸附率的影響

從圖4可以看出，吸附率隨pH的增大呈現(xiàn)先升后降的趨勢，當(dāng)pH為4時，吸附效果最好達到80.64%。堿性品紅水溶液帶正電荷，柚子皮表面纖維素中的羰基所帶負電荷會隨pH增大而增多，從而為陽離子的染料提供更多的吸附位點。當(dāng)pH>7時，堿性品紅會和NaOH發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，導(dǎo)致顏色變淺，影響實驗，所以pH>6時，吸附率明顯下降。

2.5 反應(yīng)溫度對吸附效果的影響

由圖5可知，在相同的反應(yīng)時間下，柚子皮的吸附率先隨著反應(yīng)溫度的升高逐漸增大，當(dāng)反應(yīng)溫度到達45 ℃時，吸附率達到最高，而后隨溫度上升吸附率開始下降?？赡苁怯捎跍囟壬咦寜A性品紅溶液分子活性增加，粒子運動加劇，解吸能大于吸附能，不利于柚子皮表面對堿性品紅分子的吸附。

圖5 反應(yīng)溫度對吸附率的影響

3 結(jié)論

用NaOH改性柚子皮作為吸附劑能有效去除廢水中的堿性品紅。其吸附過程受吸附劑投入量、堿性品紅初始濃度、吸附時間、溫度、pH等因素影響。當(dāng)改性柚子皮投加量0.09 g，吸附時間35 min，堿性品紅初始濃度25 mg·L-1，pH為4，溫度為45 ℃時，改性吸附劑的吸附率達到88.52%，比改性前提高了57.86%。

[1] 奚旦立,馬春燕.印染廢水的分類,組成及性質(zhì)[J].印染, 2010,(14):51-53.

[2] 郭理想,阮海興,陳偉東.染料廢水處理技術(shù)方法的研究[J].化工管理,2016,10(2):210-213.

[3] 蔣紅梅,鐘來進,盧愛民.絲光改性竹筍皮對亞甲基藍的吸附研究[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2014,37(4):163-169.

[4] 騰濤,易誠,劉寧輝.改性稻草秸稈對亞甲基藍的生物吸附性能及其熱力學(xué)分析[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué),2016,32(2): 467-471.

[5] 馬戎,曾瓊.3,4-二羥基苯甲醛改性殼聚糖吸附Cu2+性能的研究[J].唐山師范學(xué)院學(xué)報,2017,39(5):13-16.

[6] 徐長繪,郭長青,姜師.柚子皮對染料廢水的脫色及吸附研究[J].印染助劑,2015,32(3):23-26.

[7] 黃冬蘭,趙奎霞,關(guān)智杰,等.柚子皮皂化交聯(lián)改性及其對水溶液中Cu2+[J].食品工業(yè)科技,2015,36(10):225- 228.

Study on the Adsorption of Basic Magenta by Modified Pomelo Peel

ZHENG Miao-miao, ZHANG Mei, LU Wei-qiong, HONG Xiao-hui, OU Xu-rong, FANG Xiao-ping

(Department of Chemical Engineering and Materials, Minjiang University, Fuzhou 350108, China)

NaOH solution was used to modify the pomelo peel as the raw material. The effects of the amount of the adsorbent, the adsorption time, the initial concentration of basic magenta, the initial pH and the adsorption temperature on the adsorption of basic magenta in aqueous solutions were discussed using static adsorption method. The experimental results showed that the five conditions were the best when the amount of adsorbent was 0.09 g, the adsorption time was 35 min, the initial concentration of dye was 25 mg·L-1, the initial pH of the dye was 4, and the adsorption temperature was 45 ℃. The adsorption rate of modified pomelo peel was 88.52%, which was 57.86% higher than that before modification.

pomelo peel; modified; basic magenta; adsorption

X703

A

1009-9115(2018)06-0031-03

10.3969/j.issn.1009-9115.2018.06.006

福建省中青年教師教育科研項目（JAT170452），福建省級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目（201710395029）

2018-01-02

2018-01-21

鄭苗苗（1997-），女，福建福鼎人，本科生，研究方向為天然產(chǎn)物化學(xué)。

張梅（1978-），女，福建永安人，博士，副教授，研究方向為天然產(chǎn)物化學(xué)。

（責(zé)任編輯、校對：琚行松）