程艷燕，李輝容

（綿陽師范學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，四川綿陽 621000）

剛果紅屬于典型的聯(lián)苯胺類偶氮染料，是印染廢水中代表性較強(qiáng)的污染物之一[1]。常用的染料廢水處理方法包括化學(xué)混凝、吸附、氧化、離子交換等，其中吸附法應(yīng)用較廣。而活性炭的發(fā)達(dá)多孔結(jié)構(gòu)和比表面積大被認(rèn)為是一個(gè)通用的吸收劑，常用于去除水中各種污染物，但由于其生產(chǎn)成本高且再生困難，從而使用受到了限制。研究表明，生物材料的吸附由于其成本低廉，近年來已成為一個(gè)重要的研究課題。如Bhattacharyya等[2]以天然楝樹成熟葉片為原料，研制了一種新型吸附劑。張敬華等[3]以花生殼為生物吸附劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)花生殼對羅丹明B有良好的吸附作用。Namasivayam等[4]將香蕉皮處理后用于吸附酸性艷藍(lán)染料，探究不同變量對染料的吸附規(guī)律。黨艷等[5]研究了蕎麥皮生物吸附去除羅丹明B染料的影響因素。本論文以梔子花葉為吸附劑，經(jīng)甲醛去掉色素，探究其對水溶液中剛果紅陰離子染料的吸附性能，不僅為水溶液中剛果紅染料的處理提供了一種方法，還實(shí)現(xiàn)了林業(yè)廢棄物的資源化使用。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

試劑：剛果紅為分析純，購于天津市福晨化學(xué)試劑廠；甲醛溶液為分析純，購于成都科龍化工試劑廠。

儀器設(shè)備：EVO-18掃描電鏡（SEM），上海歐波同儀器有限公司；FTIR-8400紅外光譜儀（FT-IR），日本島津公司；T6紫外可見分光光度計(jì)（UV-Vis），北京普析通用儀器有限責(zé)任公司。PS-20AL超聲波清洗機(jī)，深圳市潔康洗凈電器有限公司。DXF-04C密封型手提式粉碎機(jī)，廣州市大祥電子機(jī)械設(shè)備有限公司。

1.2 復(fù)合材料的制備

于綿陽師范學(xué)院北校區(qū)采集梔子花葉，洗滌后自然風(fēng)干，放在75 ℃烘箱中烘干，粉碎后過40目篩，儲存在干燥的試劑瓶中備用。稱取15 g梔子花葉粉末加入 150 mL 0.1 mol/L 的 H2SO4，并加入 7.5 mL甲醛除掉色素，最后的混合物在50 ℃下攪拌加熱24～48 h，直到混合物變成濃漿。用去離子蒸餾水洗滌至中性為止，高速離心機(jī)離心，放在恒溫60 ℃烘箱里烘干，粉碎成粉末狀，過200目篩，置于干燥的試劑瓶中，備用。

1.3 吸附實(shí)驗(yàn)

取一定量的吸附劑（0.02 g、0.04 g、0.06 g、0.08 g、0.10 g、0.12 g和 0.14 g），加入 25.00 mL 濃度為 50 mg/L的剛果紅溶液，常溫振蕩2 h后，采用紫外-可見分光光度計(jì)測定吸附后溶液中剛果紅濃度，根據(jù)公式1計(jì)算出吸附劑的吸附率R。

式中，R為吸附率；C0為染料初始濃度，mg/L；C0和Ce為剛果紅溶液初始濃度和吸附后的濃度，mol/L；V是溶液的體積，L；m是吸附劑的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 掃描電鏡分析

梔子花葉吸附劑的掃描電鏡如圖1所示，可以看出吸附劑表面呈現(xiàn)不規(guī)則的條狀結(jié)構(gòu)，長約100～400 μm，寬約40 μm，表面上縱橫分布著許多凹槽和微小細(xì)孔，說明該物質(zhì)具有一定的吸附性能。

2.2 梔子花葉吸附剛果紅染料的性能分析

2.2.1 吸附劑投加量的影響

從圖2中可以看出，吸附率隨吸附劑投加量的增加而不斷增大，當(dāng)吸附劑的投加量大于4.0 g/L時(shí)，吸附率開始下降，這可能是由于吸附劑投加量增加，梔子花葉吸附劑在剛果紅染料中的濃度過大，導(dǎo)致吸附劑粒子團(tuán)聚，在一定程度上減小了吸附劑的比表面積，從而使吸附率降低[6]。綜合考慮，實(shí)驗(yàn)中確定最佳的吸附劑用量為3.2 g/L。

圖1 梔子花葉的掃描電鏡圖

圖2 吸附劑投加量對吸附率的影響

2.2.2 吸附時(shí)間的影響

從圖3可以看出，梔子花葉吸附劑在前80 min對剛果紅的吸附較快，吸附率為88.06%，這可能是剛果紅染料受吸附劑靜電引力作用，經(jīng)溶液主體擴(kuò)散到吸附劑表面，染料濃度為主要的速率控制要素，隨著顆粒表面的吸附容量趨于飽和，速率控制因素轉(zhuǎn)變?yōu)榭椎罃U(kuò)散，交換的動力變?nèi)酰具_(dá)到了飽和吸附容量，吸附處于動態(tài)平衡狀態(tài)，吸附率基本保持不變[7]。因此，吸附時(shí)間取80 min為宜。

圖3 吸附時(shí)間對吸附率的影響

2.2.3 pH的影響

從圖4可以看出，隨著溶液pH值的增大，梔子花葉吸附劑對剛果紅的吸附率是先增加后降低，當(dāng)pH為7～9時(shí)，吸附率變化很小。因此，后續(xù)的試驗(yàn)直接將剛果紅溶于去離子水中。

圖4 溶液pH的影響

2.2.4 吸附動力學(xué)分析

為探討復(fù)合吸附劑對剛果紅染料吸附的動力學(xué)特征，在溫度為35 ℃，剛果紅溶液的初始濃度為100 mg/L，梔子花吸附劑量為2.4 g/L的條件下，測定吸附量qt隨時(shí)間t的變化情況。利用準(zhǔn)一級動力學(xué)與準(zhǔn)二級動力學(xué)模型[8]對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，模型方程如式2、式3所示。

式中，qe為吸附平衡時(shí)單位質(zhì)量吸附劑吸附染料溶液的吸附量，mg/g；qt為t時(shí)刻單位質(zhì)量吸附劑吸附染料溶液的吸附量，mg/g；k1為準(zhǔn)一級動力學(xué)模型吸附反應(yīng)速率常數(shù)，min-1；k2為準(zhǔn)二級動力學(xué)模型吸附反應(yīng)速率常數(shù)，g/（mg·min）。

利用上述兩種模型對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合，得動力學(xué)方程的參數(shù)如表1所示。從表中可以看出，梔子花吸附劑對剛果紅染料的吸附動力學(xué)模型更符合擬二級動力學(xué)方程。

表1 梔子花吸附劑動力學(xué)方程參數(shù)

2.2.5 吸附等溫模型分析

梔子花吸附劑對剛果紅染料吸附等溫線數(shù)據(jù)分別采用Freundich和Langmuir方程對吸附等溫模型進(jìn)行擬合[9]，模型方程分別如式4、式5所示。

（式中，kF為Freundlich常數(shù)，g/mg；N為與溫度有關(guān)的常數(shù)，n＞1時(shí)為優(yōu)惠吸附；qe為平衡吸附量，mg/g；Ce為相應(yīng)平衡濃度，mg/L；qm為單分子層飽和吸附量，mg/g；KL為Langmuir常數(shù)，L/mg。

分別通過上述兩種模型擬合梔子花吸附劑剛果紅染料對剛果紅的吸附等溫方程參數(shù)如表2所示。從中可以看出，F(xiàn)reundich方程擬合得到的R2為0.990 7，大于Langmuir方程擬合結(jié)果，說明梔子花葉吸附劑對剛果紅的吸附更加符合Freundich模型，這種吸附并不是單層吸附，而是物理吸附和化學(xué)吸附同時(shí)存在。

表2 梔子花吸附劑的吸附等溫方程參數(shù)

3 結(jié)論

梔子花葉采用硫酸預(yù)處理和甲醛除掉色素后，處理一定濃度的剛果紅染料模擬廢水。結(jié)果表明，梔子花葉最佳吸附pH為7，吸附時(shí)間為80 min，梔子花葉投加量為3.2 g/L，吸附率達(dá)85.93%。吸附動力學(xué)研究表明，梔子花葉對剛果紅的吸附過程更符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型，屬于化學(xué)吸附。梔子花葉吸附劑對剛果紅染料吸附遵循Freundlich等溫方程，表明這種吸附不是單層吸附。