果皮在水處理中應(yīng)用的研究進(jìn)展

馬志豪，陳平，葛聰，王圣康，楊曉雪

果皮在水處理中應(yīng)用的研究進(jìn)展

馬志豪，陳平，葛聰，王圣康，楊曉雪

（東北石油大學(xué)， 黑龍江 大慶 163318）

大量的消費(fèi)水果，必然會(huì)產(chǎn)生大量的果皮廢棄物，如果處理不得當(dāng)，就會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害。從廢棄物資源化角度，闡述了廢棄果皮的利用情況。果皮表面具有很多官能團(tuán)和纖維素，可以用來(lái)作吸附劑，制備活性炭和混凝劑，用于水污染治理，從而達(dá)到以廢治廢的目的。

吸附劑；活性炭；混凝劑；改性

我國(guó)是水果種植生產(chǎn)大國(guó)，也是水果消費(fèi)大國(guó)，每年都會(huì)產(chǎn)生大量的果皮垃圾，如果不能得到及時(shí)有效處理，勢(shì)必對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重危害。很多水果果皮表面具有特殊結(jié)構(gòu)，可以對(duì)其進(jìn)行資源化處理，既減輕了環(huán)境污染，又可以變廢為寶。本文闡述了幾種常見(jiàn)果皮在水處理中的應(yīng)用情況，為果皮資源化指明方向，為水處理行業(yè)節(jié)能降耗提出了建議。

1 改性吸附劑

很多果皮表面含有羥基、氨基、羧基等官能團(tuán)，經(jīng)過(guò)改性處理后可以大量吸附水中的金屬離子，實(shí)現(xiàn)金屬?gòu)U水的無(wú)害化處理。楊水蓮等通過(guò)將不同果皮制成吸附劑，測(cè)定不同果皮對(duì)一定濃度的含Cr（Ⅵ）廢水的吸附量和吸附率值，結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)中所用的果皮火龍果皮、柑橘皮、香蕉皮、 柚子皮、檸檬皮及橙子皮均有吸附功能，且吸附效果較好，吸附率火龍果（99%）＞橙子皮 = 柑橘皮（98%）＞ 檸檬皮 = 柚子皮 = 香蕉皮（96%）[1]。姜靈彥等采用冰醋酸－Ca（OH）2制備了新型活化橘子皮生物吸附劑HCOP，研究HCOP吸附 Co2＋、Ni2＋的影響因素，結(jié)果表明，對(duì)Co2＋、Ni2＋的最大吸附量分別為 44.58、52.47 mg/g[2]。李伊光等以改性山核桃外果皮為吸附劑，考察pH值、吸附劑用量、溫度等對(duì)孔雀石綠（MG） 吸附性能的影響及吸附動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)性質(zhì)，結(jié)果表明，在改性山核桃外果皮用量為1.0 g/L、初始孔雀石綠濃度50 mg/L、吸附溫度298 K、吸附時(shí)間360 min及保持溶液原始pH值條件下，MG去除率可達(dá) 99.09%[3]。徐錚等利用巰基乙酸方法對(duì)蘋果皮、柚子皮進(jìn)行改性處理，對(duì)改性后的蘋果皮和柚子皮吸附六價(jià)鉻溶液的吸附性能進(jìn)行比較，結(jié)果表明，溫度、吸附質(zhì)濃度對(duì)吸附劑的吸附效果影響明顯[4]。宋瑩瑩等以香蕉皮為原料，脫色后通過(guò)3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨改性制備新型香蕉皮生物吸附劑，對(duì)Cr（Ⅵ）的吸附量隨溶液中金屬離子濃度的增加而增加，Cr（Ⅵ）的最大吸附量為58.82mg/g[5]。薛美香等通過(guò)異丙醇對(duì)柚皮進(jìn)行改性，用于吸附水中的銅離子，結(jié)果表明：當(dāng)pH為6.0，改性柚皮粉用量為8 g/L，吸附時(shí)間為50 min時(shí)，Cu2+的去除率達(dá)90%以上[6]。白春等以不同方式干燥的香蕉皮為吸附材料，對(duì)重金屬六價(jià)鉻（Cr6+）進(jìn)行吸附研究，分別從溫度、pH、吸附時(shí)間、初始濃度、吸附劑的使用量等因素來(lái)探討對(duì)六價(jià)鉻吸附的影響，結(jié)果表明，六價(jià)鉻離子最佳濃度為20 μg/mL、最佳投料量為0.200 g、最佳 pH 為4、最佳吸附溫度為45 ℃、最佳吸附時(shí)間為55 min，在此條件下，吸附性能冷凍-普通香蕉皮>非冷凍普通干燥香蕉皮>冷凍干燥香蕉皮[7]。胡巧開(kāi)等以改性香蕉皮為吸附劑，對(duì)酸性品紅模擬印染廢水進(jìn)行吸附脫色處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，香蕉皮的最佳改性劑為硫酸，最佳改性條件為2 mol/L硫酸、硫酸與香蕉皮液固比3∶1、改性時(shí)間為30 min；改性后的香蕉皮吸附酸性品紅廢水，其最佳吸附條件為：100 mL初始質(zhì)量濃度為30 mg/L的酸性品紅溶液，吸附劑用量為0.5 g、攪拌速度100 r/min、吸附2 h，此時(shí)酸性品紅廢水的脫色率達(dá)到 77.12%[8]。張建會(huì)等以柚子皮為原材料，采用氯化鋅和檸檬酸對(duì)其進(jìn)行改性，研究了柚子皮改性前后對(duì)重金屬離子的吸附的性能，實(shí)驗(yàn)表明，柚子皮含有大量的O-H、C-H、C=O等官能團(tuán)，且對(duì)重金屬離子吸附具有選擇性[9]。張欣等對(duì)火龍果皮處理含鉻廢水進(jìn)行了研究，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)，研究了吸附時(shí)間、溶液的pH值、溶液Cr（VI）初始濃度、溶液溫度、吸附劑用量對(duì)吸附性能的影響。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)得出最優(yōu)條件為：Cr（VI）初始濃度0.004 mol/L、吸附劑用量0.10 g/mL、pH值為2和吸附時(shí)間為2 h，廢水中Cr（VI）的去除率可達(dá)97.92%[10]。毛艷麗等以粗柚子皮為吸附劑原材料，以草酸為改性劑制備出了改性柚子皮吸附劑，采用批量實(shí)驗(yàn)研究了改性吸附劑對(duì)水中Cd（Ⅱ）吸附的影響因素，結(jié)果表明，在溶液初始pH為5.0、吸附劑投加量5 g/L、Cd（Ⅱ）初始濃度為50 mg/L條件下，吸附劑對(duì)Cd（Ⅱ）的吸附平衡時(shí)間為120 min，其吸附率可維持在95.63%以上[11]。劉攀等以堿化香蕉皮吸附劑去除溶液中的 Pb2+，考察了NaOH濃度和堿化時(shí)間對(duì)堿化效果的影響，探討了吸附劑粒徑、時(shí)間、pH、吸附劑用量、Pb2+初始濃度及溫度等對(duì)吸附性能的影響，結(jié)果表明，NaOH濃度為0.5 mol/L，堿化時(shí)間為8 h時(shí)制備的堿化香蕉皮吸附性能較佳，當(dāng)吸附劑粒徑60目，時(shí)間8 h，pH為5，吸附劑用量1.0 g，Pb2+初始濃度500 mg/L及溫度為20 ℃時(shí)的吸附率可達(dá)74.5%[12]。甘林火等以香蕉皮為原料，考察3種干燥法（自然干燥、烘箱干燥和微波干燥）對(duì)制備香蕉皮粉的影響，并測(cè)定其對(duì)羅丹明B的吸附性能，結(jié)果表明，采用微波干燥法，在功率800 W的條件下僅需4 min即成功制備出高脫水率（90%）、易研磨且外觀和結(jié)構(gòu)保持較好的香蕉皮粉；香蕉皮粉對(duì)羅丹明B具有良好的吸附性能，其吸附量（>110 mg/g）高于多數(shù)生物吸附劑的吸附量；香蕉皮粉結(jié)構(gòu)中羧基和羥基等官能團(tuán)促進(jìn)了羅丹明B的吸附[13]。平巍等以香蕉皮為原料，制備改性吸附材料，改性較佳工藝條件為NaOH濃度為0.25 mol/L，改性時(shí)間為30 min，在此條件下香蕉皮改性后，對(duì)水中Cd2+的理論飽和吸附量由37.61 mg/g提高到87.15 mg/g，平衡時(shí)間由60 min短到45 min[14]。經(jīng)過(guò)不同方法的改性，都能夠較好的提高果皮的吸附能夠力。

2 制備活性炭

很多果皮表面含有大量的纖維素、半纖維素，經(jīng)過(guò)炭化后形成性能良好的活性炭吸附劑。李本盛等以柚皮為材料，提取柚皮苷后殘?jiān)苽滂制せ钚蕴课剿蠧u2+，結(jié)果表明對(duì)Cu2+的去除率達(dá)到94.47%，最大吸附容量7.09 mg/g[15]。王麗等用香蕉皮制備高比表面活性炭研究其對(duì)含Cr（Ⅵ）廢水的去除效果，結(jié)果表明，改性香蕉皮制備的高比表面活性炭對(duì)Cr（Ⅵ）有很好的吸附作用，去除率達(dá)到了95.2%[16]。劉曉紅等以核桃果皮基活性炭為吸附劑，研究其對(duì)苯酚吸附的熱力學(xué)性質(zhì)，研究表明，核桃果皮基活性炭能高效、快速地吸附去除苯酚，是一種有應(yīng)用前景的凈水材料[17]。龐婭等以農(nóng)業(yè)廢棄物香蕉皮做為原材料，在高溫下炭化，并通過(guò)化學(xué)改性方式制備生物炭，制備的生物炭比表面積高，吸附容量大，吸附速率快，具備催化活性[18]。朱敏聰?shù)扔描肿悠樵现苽浠钚蕴?，?duì)亞甲基藍(lán)染料廢水的吸附行為遵循準(zhǔn)二級(jí)反應(yīng)速率方程所描述的規(guī)律，解決了福建漳州地區(qū)柚子皮農(nóng)林廢物處理處置問(wèn)題[19]。周添紅等用農(nóng)業(yè)廢棄柚子皮為載體，制備成疏松的柚子皮基磁性多孔碳材料，對(duì)羅丹明B廢水的催化降解性能良好，6 min內(nèi)對(duì)羅丹明B的降解率達(dá)到97.59%，易于從廢水中分離回收循環(huán)利用，且重復(fù)使用性能穩(wěn)定[20]。

3 制備混凝劑

陸寧寧采用香蕉皮制備混凝劑，主要針對(duì)腐殖酸模擬水，考察香蕉皮類混凝劑的投藥量、原水pH值、原水濁度、原水色度對(duì)濁度、色度去除效果的影響。結(jié)果表明在較佳投藥量下，除濁率可分別達(dá)到92.3%、97%[21]。簡(jiǎn)海龍以香蕉皮和橘子皮為原材料，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)研發(fā)了一種混雜水果皮混凝劑，考察混雜水果皮混凝劑處理腐殖酸模擬水時(shí)的投藥量、原水pH、沉降時(shí)間、原水濁度、原水色度、原水溫度對(duì)混凝效果的影響，結(jié)果表明，在較佳投量下的除濁率和除色率分別為95.6%和88.1%[22]。

4 結(jié)束語(yǔ)

果皮表面具有特殊結(jié)構(gòu)，既可以直接作為吸附劑使用，也可以制備活性炭和混凝劑，對(duì)水中污染物質(zhì)具有良好去除效果，從環(huán)保角度來(lái)看，果皮資源化利用既治理了污染水體，同時(shí)減輕了果皮本身對(duì)環(huán)境的危害，只要不斷深入研究，必定會(huì)在更多領(lǐng)域發(fā)揮作用。

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Research Progress in Application of Pericarp in Wastewater Treatment

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（Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318,China）

A large number of fruit consumption will inevitably produce a large number of peel waste, if not handled properly, it will cause harm to the environment. From the perspective of waste recycling, the utilization of waste peel was described. There are many functional groups and cellulose in the peel, so it can be used as adsorbent to prepare activated carbon and coagulant for the treatment of wastewater pollution.

adsorbent; activated carbon; coagulant; modification

黑龍江省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目號(hào)20180220053。

2020-03-16

馬志豪（1997-），男，安徽省巢湖市人，研究方向：工業(yè)廢水處理。

陳平（1979-），男，滿族，副教授，碩士，研究方向：油田及工業(yè)廢水處理。

TQ 424

A

1004-0935（2020）04-0380-03