李 芬,林永慧,何興兵
(吉首大學(xué)生物資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,湖南 吉首 416000)
染料廢水中含有多種有毒物質(zhì),對(duì)生物有害,同時(shí)也會(huì)降低光合作用,對(duì)水環(huán)境危害嚴(yán)重.因此,染料的去除已經(jīng)被認(rèn)為是染料廢水處理的一個(gè)非常重要的問題[1-3].本實(shí)驗(yàn)使用的孔雀石綠是三苯甲烷類染料,直接接觸會(huì)刺激皮膚、損傷眼睛[4],同時(shí)還會(huì)影響人的免疫系統(tǒng)、生殖系統(tǒng),是一種具有致癌性的有毒物質(zhì),世界上很多國家和地區(qū)已開始禁止使用孔雀石綠[5].目前,染料廢水的處理主要有物理方法、化學(xué)方法和生物方法,3種方法都有其局限性[6].物理法需要的吸附材料難以尋找,成本高,限制性也高;化學(xué)技術(shù)處理費(fèi)用高,設(shè)備投入多,能源消耗大,也限制了該技術(shù)的使用[7];生物吸附法效率高、速度快、適應(yīng)性強(qiáng)、易操作,因而被廣泛應(yīng)用于染料廢水處理[8].由于植物葉片成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),多孔,表面積大,同時(shí)纖維素表面含有羧基、羥基、氨基等活性基團(tuán)[7],具有廣泛吸附的性能,因此將其作為染料清除的生物吸附劑已越來越受到人們的關(guān)注,成為當(dāng)前生物吸附劑選擇研究的熱點(diǎn)[9].在前期的吸附劑篩選實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),紅花檵木葉粉末對(duì)多種染料具有較強(qiáng)的吸附作用,本實(shí)驗(yàn)通過控制主要因素來探究花檵木葉粉末吸附劑對(duì)孔雀石綠吸附性能附的影響.
1.1.1 紅花檵木葉干粉劑的制備 紅花檵木葉采摘自吉首大學(xué)校內(nèi)綠化區(qū),采摘后晾曬3 d,50 ℃烘干粉碎,分別過50,80,150目篩.然后,酒精浸泡3 d,蒸餾水洗凈除去酒精,過濾,50 ℃烘干.
1.1.2 實(shí)驗(yàn)試劑 孔雀石綠(C23H25CIN2),鹽酸(HCL),氫氧化鈉(NaOH),硝酸鈉(NaNO3),硝酸鉛(Pb(NO3)2),硝酸鋇(Ba(NO3)2).所用試劑均為分析純.
1.2.1 不同因素對(duì)吸附孔雀石綠的影響 探究葉片粉劑顆粒大小、染料初始pH值、染料初始質(zhì)量濃度、葉片粉劑質(zhì)量、離子強(qiáng)度、不同金屬離子等對(duì)吸附的影響,按順序測(cè)量染料吸光值.顆粒大小梯度為50,80,150目;染料溶液的pH值梯度為2,4,6;染料初始初始質(zhì)量濃度梯度為20,40,60,80,100 mg/L;吸附劑量梯度為10,30,50,70,90 mg;離子強(qiáng)度梯度為1.0,0.1,0.01 mol/L;金屬離子分別為鈉離子、鋇離子、鉛離子.
按以上實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)計(jì)算吸附率.計(jì)算公式為P=(A0-At)/A0×100%.其中:A0表示染料溶液的初始吸光值;At表示在不同條件下染料溶液在t時(shí)刻的吸光值.
所有不同因素條件下的吸附率實(shí)驗(yàn)都是在總體積為8 mL的溶液體系中進(jìn)行,結(jié)果如圖1所示.
圖1 不同因素條件下的吸附率Fig. 1 Adoption Rate in Different Conditions
由圖1a 可知,80目的葉片粉劑顆粒吸附劑在40 min達(dá)到吸附平衡,而50目和150目均在120 min以后才達(dá)到平衡,且80目的吸附曲線穩(wěn)定,20 min時(shí)吸附率達(dá)到90%以上.說明80目吸附效果最好.
由圖1b可知,100 min時(shí),達(dá)到吸附平衡.pH值為6的吸附率最大,達(dá)99.7%;pH值為2的吸附率小于80%;pH值為4的吸附率均小于pH值為6的吸附率.由此可知pH值為6是最佳條件.
由圖1c可知,染料的初始質(zhì)量濃度為20 mg/L時(shí),120 min后才達(dá)到平衡,吸附能力最差;40,60,80 mg/L條件下,吸附率隨染料質(zhì)量濃度增加而增加,80 mg/L吸附率最高,為98.6%;100 mg/L時(shí)吸附率又下降.這說明染料初始質(zhì)量濃度為80 mg/L最好.
由圖1d可知,吸附劑量為70,90 mg 的平衡吸附率均在80%以上;吸附時(shí)間小于100 min,吸附率隨著吸附劑量的增大不斷提高;吸附時(shí)間120 min時(shí),50 mg的吸附劑也達(dá)到平衡且吸附率大于90%.綜合情況來看,吸附劑量為50 mg時(shí)吸附效率最高.
由圖1e可知,吸附時(shí)間120 min時(shí),各離子強(qiáng)度條件下吸附率均達(dá)到85%以上;1 mol/L的離子濃度人吸附速度最快,20 min時(shí)吸附率達(dá)到90%以上,0.1 mol/L離子濃度的次之,而0.01 mol/L離子濃度的吸附效果最差.這說明選擇1 mol/L離子濃度為最好.
由圖1f可知,吸附時(shí)間小于80 min時(shí),Pb(NO3)2的吸附率最低,NaNO3吸附率最高,Ba(NO3)2硝酸鋇居中;吸附80 min后,NaNO3和Pb(NO3)2達(dá)到平衡,而Ba(NO3)2吸附率繼續(xù)提高.這說明Na+條件下吸附最穩(wěn)定.
2.2吸附動(dòng)力學(xué)
對(duì)2種動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行擬合,得到擬合數(shù)據(jù),結(jié)果列于表1.
表1 吸附動(dòng)力學(xué)模型擬合結(jié)果Table 1 Fitting Results in Adoption Kinetics Model
從表1可以看出,準(zhǔn)一階動(dòng)力模型的相關(guān)系數(shù)R2不太理想,只有染料初始質(zhì)量濃度為60 mg/L的R2在0.9以上,而其他兩者均在0.7以下.準(zhǔn)二階動(dòng)力學(xué)模型的相關(guān)系數(shù)較高,R2均在0.99以上,擬合度最高.此外,準(zhǔn)一階動(dòng)力學(xué)模型所擬合出來平衡吸附量qe大都高于實(shí)際吸附量,且相差幅度較大,而準(zhǔn)二階動(dòng)力學(xué)模型所擬合出來的平衡吸附量qe與實(shí)際吸附量基本吻合.所以,準(zhǔn)二階動(dòng)力學(xué)模型很好地?cái)M合了紅花檵木葉粉末對(duì)孔雀石綠吸附的動(dòng)力學(xué)過程.這也表明,在紅花檵木葉粉末對(duì)孔雀石綠的吸附主要受化學(xué)作用控制,有要為化學(xué)吸附.
有研究表明,茶葉渣在吸附染料中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[10].受其啟發(fā),經(jīng)預(yù)實(shí)驗(yàn)筆者發(fā)現(xiàn)紅花檵木葉粉末在不同因素下吸附效率均達(dá)到85%,效果顯著.考慮到不同因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響,在實(shí)驗(yàn)室條件下,參照文獻(xiàn)[11]的方法,探討葉片粉劑顆粒大小、染料初始pH值、染料初始質(zhì)量濃度、葉片粉劑劑用量、離子強(qiáng)度、不同金屬離子等因素對(duì)吸附孔雀石綠的影響.由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,當(dāng)葉片粉劑顆粒為80目、初始pH值6.0、染料初始質(zhì)量濃度為80 mg/L、吸附劑用量為50 mg,鈉離子強(qiáng)度為1 mol/L時(shí),平衡吸附率在85%以上,吸附效果明顯.紅花檵木葉粉末吸附可以用于印染工業(yè)廢水處理,具有潛在的應(yīng)用價(jià)值.