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活性炭對(duì)孔雀石綠吸附性的研究

福州八中

黃 炅

該文測(cè)試了活性炭對(duì)孔雀石綠的吸附性能，考察了不同條件對(duì)吸附效果的影響并作出分析。結(jié)果表明：溫度等各因素都會(huì)使活性炭對(duì)孔雀石綠的吸附能力造成影響；在65℃，初始濃度為1000mg/L，活性炭投入量為4g/L，吸附時(shí)間為10min的情況下，活性炭對(duì)孔雀石綠的吸附率達(dá)到了99.93%。

活性炭 孔雀石綠 吸附性能

孔雀石綠是一種人工合成的有機(jī)化合物，是一種具有金屬光澤的綠色結(jié)晶體，又名堿性綠、中國(guó)綠、嚴(yán)基塊綠等?？兹甘G易溶于水，水溶液呈藍(lán)綠色，呈堿性。

孔雀石綠是一種工業(yè)染料，廣泛用于皮革、絲綢的印染?？兹甘G也廣泛應(yīng)用于各生物實(shí)驗(yàn)室，可用于給細(xì)胞染色以方便在顯微鏡下觀察。不僅如此，孔雀石綠還具有殺滅真菌、細(xì)菌、寄生蟲卵的作用。特別是對(duì)于治療魚類的鰓霉病、小瓜蟲病等，還可以給水產(chǎn)的外傷消炎；在上世紀(jì)30年代，孔雀石綠被廣泛應(yīng)用于印染工業(yè)與水產(chǎn)。

孔雀石綠是一種有毒的三苯甲烷類化合物，并且有很高的致癌、致畸、致突變的風(fēng)險(xiǎn)；還可能引起肝、腎、肺、脾臟等器官與組織中毒。孔雀石綠還具有高殘留性，往往終身殘留于養(yǎng)殖動(dòng)物體內(nèi)[1]。我國(guó)從2002年起嚴(yán)禁生產(chǎn)廠家向水產(chǎn)品中添加孔雀石綠。在印染工業(yè)上，孔雀石綠仍然是非常重要的染色劑，但若含有孔雀石綠的廢水進(jìn)入水產(chǎn)養(yǎng)殖，將導(dǎo)致孔雀石綠在水產(chǎn)品中累積。

由于孔雀石綠能殺滅真菌、細(xì)菌等，所以難以生物降解。目前處理孔雀石綠的主要方法有微波降解法[2]、吸附法[3]等，吸附法由于其操作簡(jiǎn)單、成本低廉而被廣泛使用。在眾多吸附劑中，活性炭具有高度發(fā)達(dá)的孔徑構(gòu)造，有很強(qiáng)的吸附能力。而且活性炭造價(jià)低廉，是一種被大量使用的吸附劑。

本文主要研究活性炭對(duì)孔雀石綠的吸附性能，探究在不同條件下活性炭對(duì)孔雀石綠的去除率與吸附量的變化，以對(duì)工業(yè)上的廢水處理提出指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 藥品與設(shè)備

120-200目活性炭，實(shí)驗(yàn)室自制；孔雀石綠，AR，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；鹽酸、氫氧化鈉均為AR；實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

THM-100型恒溫混勻儀，杭州米歐儀器有限公司生產(chǎn)；Mutiskan go型酶標(biāo)儀，美國(guó)賽默飛世爾公司生產(chǎn)；BT 25 S型分析天平，德國(guó)賽多利斯公司生產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

單色光輻射穿過被測(cè)物質(zhì)溶液時(shí)，被該物質(zhì)吸收光的量與該物質(zhì)的濃度和液層的厚度成正比，在液層厚度一定時(shí)，該物質(zhì)吸收光的量與濃度成正比。根據(jù)這個(gè)原理，可以使用分光光度計(jì)或酶標(biāo)儀測(cè)定溶液的濃度。

1.3 實(shí)驗(yàn)過程

取5mL的孔雀石綠溶液置于離心管中，于恒溫混勻儀中充分震蕩，達(dá)到一定時(shí)間后取出。取200μL上清液用酶標(biāo)儀在其波長(zhǎng)618nm處測(cè)量其吸光度，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線得出孔雀石綠的濃度，并計(jì)算吸除率與吸附量。其中吸除率與吸附量的公式為

在式中，t表示去除率，Qt表示吸附量，C0表示樣品初始濃度，Ct表示樣品經(jīng)過處理后的濃度，V表示樣品的體積、m表示加入活性炭的質(zhì)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)活性炭吸附性能的影響

首先將20mg活性炭投入離心管，并加入5mL的1000mg/L孔雀石綠溶液；在恒溫混勻儀中，在30℃，1600r/min的環(huán)境下充分震蕩后，檢測(cè)上清液，計(jì)算吸附率，得到結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，活性炭對(duì)孔雀石綠的吸附率隨時(shí)間的增加快速上升，在10min內(nèi)吸附率就已經(jīng)超過了95%?？兹甘G通過擴(kuò)散作用快速地在活性炭表面聚集，這表明活性炭對(duì)孔雀石綠的吸附可能以物理吸附為主。隨著時(shí)間的增加，在10～12min的過程中吸附較為緩慢，并且接近了100%。為方便研究，之后有關(guān)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)時(shí)間將以10min為準(zhǔn)。

圖1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)吸附率的影響

2.2 活性炭投入量對(duì)吸附性能的影響

固定孔雀石綠溶液的濃度，分別加入5、10、15、20、25、30、35、40mg的活性炭，震蕩10min后，檢測(cè)上清液，計(jì)算吸附率及吸附量，得到結(jié)果如圖2、圖3所示。

根據(jù)圖2可見，隨著活性炭投入量的增加，對(duì)溶液中孔雀石綠的吸附率也不斷增加。在20～40mg時(shí)趨于平穩(wěn)，在投入量為30mg時(shí)，去除率已經(jīng)接近100%。

由圖3可見，從吸附量的角度，吸附量隨著投入活性炭質(zhì)量的增加而不斷減少，符合經(jīng)濟(jì)學(xué)的邊際效應(yīng)遞減規(guī)律。從實(shí)際生產(chǎn)的角度來看，20～25mg/5mL（也就是4～5g/L）時(shí)相對(duì)效率高、成本低。而在投入量為5mg時(shí)，活性炭的吸附量達(dá)到約650mg/g；這說明了活性炭對(duì)孔雀石綠的吸附量是非常大的。在實(shí)際生產(chǎn)中，如果時(shí)間等條件有利，則可以酌情減少活性炭的投入量。

圖2 活性炭投入量對(duì)吸附率的影響

圖3 活性炭投入量對(duì)吸附量的影響

2.3 溫度對(duì)活性炭吸附性能的影響

分別在30、35、40、45、50、55、60、65℃下震蕩10min后，檢測(cè)上清液，計(jì)算吸附率，得到結(jié)果如圖4所示。

圖4 溫度對(duì)吸附率的影響

從中可見，在10min內(nèi)，吸附率隨著溫度的不斷上升而上升，這說明活性炭吸附孔雀石綠是一個(gè)吸熱反應(yīng)，更高的溫度會(huì)促進(jìn)活性炭與孔雀石綠之間的傳質(zhì)過程，從而提高吸附能力。在65℃時(shí)，吸附率已經(jīng)接近100%。而吸附量也隨著溫度的上升而不斷上升。所以在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，可以通過加溫的方式加快處理的速度和效率。

2.4 初始濃度對(duì)活性炭吸附性能的影響

在離心管中分別加入濃度為250、500、1000、2000mg/L的孔雀石綠溶液，經(jīng)震蕩10min后，檢測(cè)上清液，計(jì)算吸附率及吸附量，得到結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 初始濃度對(duì)吸附率的影響

圖5 初始濃度對(duì)吸附量的影響

從圖中可見，在活性炭質(zhì)量、反應(yīng)時(shí)間和溫度相同的情況下，活性炭對(duì)孔雀石綠的吸附率隨著初始濃度的增加而減少，在孔雀石綠溶液初始濃度為500mg/L時(shí)，吸附率接近100%；而在孔雀石綠溶液初始濃度為2000mg/L時(shí)，吸附率只有50%左右，這說明過高的濃度會(huì)導(dǎo)致吸附效果下降。

但從吸附量的角度觀察，孔雀石綠溶液初始濃度越高則吸附率越高。出于處理效果方面考慮，在生產(chǎn)中可以對(duì)廢液進(jìn)行稀釋以達(dá)到更好的處理效果。

3 結(jié)論

孔雀石綠溶液的濃度、溫度，投入活性炭的質(zhì)量以及反應(yīng)時(shí)間都會(huì)對(duì)活性炭吸附孔雀石綠的效果產(chǎn)生影響?？兹甘G溶液初始濃度越低，溫度越高，活性炭投入量越多，反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，則活性炭的去除率越高。在孔雀石綠溶液初始濃度為1000mg/L，活性炭投入量為4g/L，溫度為65℃，反應(yīng)時(shí)間為10min時(shí)；活性炭對(duì)孔雀石綠的吸附率達(dá)到99.93%，吸附量為249mg/g。所以活性炭作為吸附劑處理孔雀石綠是高效率的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何麗華，沈國(guó)順，鄒偉，等.孔雀石綠及其危害[J].吉林畜牧獸醫(yī), 2006(5): 45-46,48.

[2] 謝復(fù)清，何星存，陳孟林.鋼渣/焦炭吸附-微波降解法處理孔雀石綠染料廢水的研究[J].化工時(shí)刊，2006,20(3):3-5,10.

[3] 龔新懷，吳以校.廢棄茶?；钚蕴繉?duì)孔雀石綠的吸附研究[J].宜春學(xué)院學(xué)報(bào)，2014(9):94-97.