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 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

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 實(shí)驗(yàn)方法

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.

2 結(jié)果

2.1 不同因素條件下的吸附率

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.

3 討論

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.