改性塊狀花生殼對染料廢水吸附性能的研究

胡尚書 張可依 李浩天 劉佳銘 郭東朋 段笑陽 李艷平

摘 ? 要：將花生殼粉碎成0.2mm 的塊狀，經(jīng)乙醇去除黃色素、氫氧化鈉溶液去除半纖維素后，以氯乙酸為醚化劑，乙醇為溶劑，制備了改性花生殼。通過改性花生殼對亞甲基藍模擬溶液吸附表明，改性花生殼對亞甲基藍的去除受模擬溶液pH、吸附劑投加量和吸附時間影響;當(dāng)吸附時間1h、溶液初始pH 7、吸附劑投加量15g/L時，改性花生殼的吸附性能較好，亞甲基藍去除率可達89.13%。

關(guān)鍵詞：改性花生殼 ?吸附量 ?亞甲基藍 ?去除率

中圖分類號：X788 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）02（b）-0095-03

Abstract： Peanut shells were made into 0.2mm lumps， yellow pigments were removed by ethanol， and hemicellulose was removed by sodium hydroxide solution. Then modified peanut shells were prepared by using chloroacetic acid as etherifying agent and ethanol as solvent. The adsorption of modified peanut shells on methylene blue simulated solution showed that the removal of methylene blue by modified peanut shells was affected by pH of simulated solution， dosage of adsorbent and adsorption time. When the adsorption time is 1h， the initial pH of solution is 7 and the dosage of adsorbent is 15g/L， the adsorption performance of modified peanut shell is better， and the removal rate of methylene blue can reach 89.13%.

Key Words： Modified peanrut shell; Adsorption capacity; Methylene blue; Remoral rate

近年來，人類需面臨越來越嚴(yán)重的水體污染問題。如化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的染料污染物不僅污染生態(tài)環(huán)境，而且對人體也有極大的危害。所以，加強對染料廢水的處理成為了一個必須要關(guān)注的問題。筆者以農(nóng)業(yè)廢棄物花生殼及花生殼改性得到的改性花生殼作吸附劑，對以亞甲基藍模擬的染料廢水進行吸附，研究花生殼及改性花生殼的吸附性能，以期為花生殼作吸附劑處理染料廢水應(yīng)用提供一定參考。

1 ?實驗部分

1.1 材料及儀器

花生殼，氯乙酸（AR），氫氧化鈉（AR），鹽酸（AR），乙醇（AR），亞甲基藍（AR）HHS-11-2電熱恒溫水浴鍋，DW-3數(shù)顯電動攪拌器，手提式粉碎機，電子天平，pH計，IS-RSH恒溫培養(yǎng)搖床，IRPrestige-21傅里葉變換紅外光譜儀，722S 可見分光光度計。

1.2 改性花生殼的制備

1.2.1 花生殼預(yù)處理

將花生殼洗凈、干燥、粉碎后（0.2mm），用95%的乙醇浸漬4h，然后在80℃條件下烘干，備用（去除黃色素）。

取去除黃色素的花生殼30g，加入450mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的NaOH溶液，在55℃下攪拌處理4h。用乙酸調(diào)節(jié)懸浮液至中性，過濾，洗滌3次，干燥，備用（去除半纖維素）。

1.2.2 花生殼改性

稱取10g花生殼，加入500mL的三口燒瓶中，加入147mL的乙醇與63mL蒸餾水，用電子天平稱取6g氫氧化鈉顆粒，加入三口燒瓶，之后用恒溫水浴鍋水浴加熱至60℃，攪拌2h。再取5g氯乙酸溶解成液體。在堿化結(jié)束后將上述氯乙酸每隔5min加一次，20min內(nèi)加完。醚化2h后，然后用鹽酸調(diào)節(jié)pH至中性，用乙醇過濾洗滌兩次，用蒸餾水過濾洗滌兩次，最后烘干，備用。

1.3 紅外光譜

取少量改性后的陰離子花生殼樣品與未改性的花生殼樣品，經(jīng)溴化鉀壓片后，用IRPrestige-21傅里葉變換紅外光譜儀測量。其中掃描次數(shù)為10次，波數(shù)范圍為400～4000cm-1。測試前樣品均已干燥至質(zhì)量恒定。

1.4 亞甲基藍含量的測定

1.4.1 亞甲基藍標(biāo)準(zhǔn)曲線

稱取0.005g亞甲基藍，用100mL容量瓶定容，用移液管移取1、2、3、4、5mL溶液分別加入5個50mL容量瓶中，定容。用調(diào)整的分光光度計讀取5個溶液試樣的吸光度并記錄。

1.4.2 亞甲基藍含量測定

通過可見分光光度計測定樣品吸光度，再利用標(biāo)準(zhǔn)曲線獲得亞甲基藍濃度，進而求出亞甲基藍去除率。

1.5 吸附性能的研究

1.5.1 吸附時間對吸附性能的影響

依次稱取0.04g改性花生殼和未改性花生殼置于250mL錐形瓶內(nèi)，每組2個錐形瓶共六組。配置200mg/L亞甲基藍溶液500mL，每次取40mL依次加入上述錐形瓶中，密封好。將錐形瓶置于搖床（150r/min）上，每過 20min，取一組錐形瓶（一個放置改性花生殼和一個放置未改性花生殼的錐形瓶），稀釋50倍后測吸光度。以上述濃度亞甲基藍溶液稀釋50倍后時吸光度作為空白。

1.5.2 吸附劑投加量對吸附性能的影響

兩組錐形瓶每組六個依次稱取0.2g、0.25g、0.4g、0.5g、0.6g、0.7g改性花生殼和未改性花生殼放入。配制200mg/L亞甲基藍溶液500mL，每次取40mL依次加入上述錐形瓶中，密封好。將錐形瓶置于搖床（150r/min）上，振蕩1h后，測每個錐形瓶稀釋50倍時溶液的吸光度。以上述濃度亞甲基藍溶液稀釋50倍后的吸光度作為空白。

1.5.3 pH對吸附性能的影響

依次稱取0.6g改性花生殼和未改性花生殼置于 250mL錐形瓶內(nèi)，每組2個錐形瓶共六組，并調(diào)節(jié)六組pH分別為5、6、7、8、9、10。配制200mg/L亞甲基藍溶液 500mL，每次取40mL依次加入上述錐形瓶中，密封好。然后將錐形瓶置于搖床（150r/min）上，振蕩1h后，測每個錐形瓶的稀釋50倍時溶液的吸光度。以上述濃度亞甲基藍溶液稀釋50倍后的吸光度作為空白。

1.6 評價方法

求出改性花生殼和未改性花生殼對亞甲基藍溶液的去除率，對吸附性能進行評價。

去除率=（C初-C測）/C初×100%。

2 ?結(jié)果與討論

2.1 改性花生殼紅外光譜分析

實驗測得的紅外光譜圖如圖1所示。由圖可知，改性前后花生殼在波長896cm-1、1220cm-1、1425cm-1附近出現(xiàn)了明顯的波峰變化，這是由可伸縮振動的C=O鍵引起的，說明改性后花生殼的紅外光譜上出現(xiàn)了明顯的羧基特征吸收峰，可定性的說明羧基已成功引入。

2.2 亞甲基藍標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

通過實驗得到1g/L、2g/L、3g/L、4g/L、5g/L 的亞基藍溶液的吸光度。繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖2，通過線性擬合，可得出吸光度y與亞甲基藍溶液濃度x的關(guān)系曲y=0.0.1961x- 0.0197，相關(guān)系數(shù)R=0.9986。

2.3 改性花生殼吸附時間對吸附性能的影響

圖3考察了0.04g改性花生殼和未改性花生殼在 20min、40min、60min、80min、100min、120min情況下的去除率。

由圖3可知，吸附時間對吸附性能有一定的影響。吸附初期，隨著時間的增長兩種吸附劑對亞甲基藍的去除率均增大。其中，以改性花生殼的吸附性能提升更明顯。隨著吸附時間不斷延長，改性花生殼染料的去除率變化越來越小，直至趨近于直線。由圖像知，雖然當(dāng)吸附時間從60～120min的過程中，改性花生殼會不斷增加，但是增加幅度已經(jīng)非常小，所以從經(jīng)濟，能源等方面考慮，實驗取60min為較好反應(yīng)條件，此刻改性花生殼的去除率較高，達到32.71%。即較佳吸附時間為60min。

2.4 花生殼投加量對吸附性能的影響

圖4考察了在吸附時間為60min，吸附劑投加量分別在0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g、0.7g時的去除率。

由圖4可知，伴隨著吸附劑的投加量不斷增大，亞甲基藍染料的去除率不斷增大。其中，改性花生殼的去除率增加幅度高于未改性花生殼。當(dāng)吸附劑投加量到0.5g及以上時，改性花生殼去除率幾乎為一條直線。由此我們可得到在吸附時間60min、投加改性花生殼15g/L時，可達到較高的去除率。在此條件下去除率為87.07%。

2.5 溶液pH對吸附性能的影響

圖5考察了在吸附時間為60min，吸附劑投加量為0.6g，pH分別為5、6、7、8、9、10時亞甲基藍溶液的去除率。

由圖5可知，吸附質(zhì)的初始pH對吸附劑的吸附性有較大的影響。當(dāng)吸附劑投機量為0.6g，吸附時間為1h時，去除率隨著pH的增大不斷增大。推測，在花生殼預(yù)處理，堿化，改性等一系列處理之后，引入了大量羧基。當(dāng)pH較低時，羧基質(zhì)子化，所以它對亞甲基藍的去除率很低。當(dāng)pH漸漸增大時，羧基逐漸的去質(zhì)子化，形成羧酸根陰離子，可通過靜電作用對亞甲基藍產(chǎn)生吸附作用，因此去除率在pH較高條件下得以提高。又可得在pH到達7以后，隨著pH再逐漸增大，吸附劑去除率變化不再明顯。

因此，較佳的吸附條件為：吸附時間60min，改性花生殼投加量0.6g，pH 7。此時的去除率能到達89.13%。

3 ?結(jié)語

改性花生殼的吸附性能較未改性花生殼的吸附性能有了明顯的提高。吸附時間、吸附劑投加量以及溶液初始pH對改性花生殼去除率有影響。改性花生殼在吸附時間為1h，吸附劑投加量為15g/L，溶液初始pH為7的條件下對亞甲基藍有較好的去除率。

參考文獻

[1] 徐仁扣，趙安珍，肖雙成，等.農(nóng)作物殘體制備的生物質(zhì)炭對水中亞甲基藍的吸附作用[J].環(huán)境科學(xué)，2012，31（1）：142-146.

[2] 謝鵬遠.新型反相乳液法制備類活性炭淀粉及其吸附性能研究[D].黑龍江：黑龍江大學(xué)，2012.

[3] 趙振國.吸附作用應(yīng)用原理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[4] 張文軒.改性秸稈對污水中染料物質(zhì)的吸附脫除研究[D].南京：南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，2012.

[5] 廖紹華.水性油墨廢水處理技術(shù)的研究[D].西安：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2008.

[6] 錢曉榮.陽離子木屑纖維素吸附劑的制備及其吸附性能與應(yīng)用研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2010.

[7] 徐小力，楊申仲，劉鵬，等.循環(huán)經(jīng)濟與清潔生產(chǎn)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.