賴(lài)曉琳,張 剛

(漳州衛(wèi)生職業(yè)學(xué)院藥學(xué)系，福建 漳州 363000)

活性炭是木質(zhì)、煤質(zhì)和石油焦等含碳的原料經(jīng)熱解、活化加工制備而成，具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、較大的比表面積和豐富的表面化學(xué)基團(tuán)，特異性吸附能力較強(qiáng)的炭材料的統(tǒng)稱(chēng)[1]。活性炭的活化方法有化學(xué)活化法、物理活化法、物理-化學(xué)活化法等?；瘜W(xué)活化法是將原料與化學(xué)試劑混合均勻后，經(jīng)炭化活化的過(guò)程制備活性炭。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)化學(xué)活化法的研究較多。孟莉蓉等[2]以豆餅為原料，700℃下制備了活性炭，并通過(guò)KOH刻蝕對(duì)其進(jìn)行改性處理，其對(duì)Pb2+的吸附量可達(dá)711.0 mg·g-1。Foo等[3]以木屑為原料，用K2CO3活化制備活性炭，其對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量可達(dá)423.17 mg·g-1。曾玉彬等[4]以柚子皮和核桃殼等為原料，用磷酸活化制備生物質(zhì)活性炭，其對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附值達(dá) 574.6mg·g-1。

本研究以漳州盛產(chǎn)的香蕉葉為原料，以KOH為活化劑，經(jīng)高溫炭化制備香蕉葉活性炭，并將其應(yīng)用于有機(jī)染料亞甲基藍(lán)的吸附。討論了吸附條件對(duì)吸附效果的影響，旨在為香蕉葉的廢物利用提供一種可行的方法。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

香蕉葉、無(wú)水乙醇、氫氧化鉀、濃鹽酸、亞甲基藍(lán)(均為分析純)。水為去離子水。

1.2 儀器與設(shè)備

FA1004電子分析天平，SHA-C恒溫水浴振蕩器，T6型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，BJ-150中藥粉碎機(jī)，101-1A立式電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，F(xiàn)E20K酸度計(jì)，SX箱式電阻爐。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 香蕉葉粉末的制備

將新鮮香蕉葉用去離子水洗凈，105 ℃下烘干24h，粉碎過(guò)0.147mm篩。將香蕉葉粉末與無(wú)水乙醇按一定的配比，在超聲清洗器中提取縮合單寧后，收集濾液，濾渣干燥，避光保存。

1.3.2 香蕉葉活性炭的制備

將香蕉葉粉末與KOH按5∶1的比例混合，加入一定量的去離子水混勻，700℃下高溫煅燒90min后，用2mol·L-1的HCl和水洗至中性，干燥，過(guò)0.074mm篩。

1.3.3 亞甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的繪制

配制不同濃度的亞甲基藍(lán)溶液，在653 nm波長(zhǎng)下用紫外分光光度計(jì)測(cè)定其吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)方程為y=0.2091x-0.0038，R2=0.9997。

圖1 亞甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)Fig.1 The standard curve of methylene blue

1.3.4 吸附條件對(duì)吸附效果的影響

精確稱(chēng)取一定質(zhì)量的香蕉葉活性炭于 150mL錐形瓶中，加入一定量的亞甲基藍(lán)溶液，改變亞甲基藍(lán)初始濃度、吸附時(shí)間、香蕉葉活性炭用量、pH值、吸附溫度等因素，測(cè)定吸附后的亞甲基藍(lán)溶液的質(zhì)量濃度，計(jì)算吸附率，考察各吸附條件對(duì)吸附效果的影響。

1.3.5 亞甲基藍(lán)吸附率的計(jì)算方法

采用紫外分光光度法測(cè)定濾液中亞甲基藍(lán)的質(zhì)量濃度，計(jì)算香蕉葉活性炭對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附率R。

式中，C0為亞甲基藍(lán)的初始質(zhì)量濃度，mg·L-1；Ct為吸附t時(shí)刻亞甲基藍(lán)的質(zhì)量濃度，mg·L-1。

1.3.6 香蕉葉活性炭與未炭化活化的香蕉葉粉末吸附效果的比較

分別稱(chēng)取香蕉葉活性炭和未炭化活化的香蕉葉粉末各0.05g，加入100mL質(zhì)量濃度為200mg·L-1的亞甲基藍(lán)溶液，30℃下振蕩至吸附平衡，測(cè)定剩余的亞甲基藍(lán)質(zhì)量濃度，比較香蕉葉活性炭與未炭化活化的香蕉葉粉末的吸附效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 吸附條件對(duì)吸附效果的影響

2.1.1 亞甲基藍(lán)初始濃度對(duì)吸附效果的影響

亞甲基藍(lán)溶液體積為100mL，香蕉葉活性炭的用量為0.05g，吸附時(shí)間為2h，溫度25℃，考察亞甲基藍(lán)初始濃度對(duì)吸附效果的影響，結(jié)果如圖2所示。亞甲基藍(lán)的濃度小于200 mg·L-1時(shí)，香蕉葉活性炭對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附率變化不大；亞甲基藍(lán)的濃度大于200 mg·L-1時(shí)，香蕉葉活性炭的吸附率迅速下降。這是因?yàn)閬喖谆{(lán)的濃度為200 mg·L-1時(shí)，0.05g的香蕉葉活性炭對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附已接近飽和，活性位點(diǎn)幾乎被占滿(mǎn)，無(wú)法再繼續(xù)吸附亞甲基藍(lán)，所以繼續(xù)增大亞甲基藍(lán)的濃度，吸附率呈下降趨勢(shì)。

圖2 亞甲基藍(lán)初始濃度的影響Fig.2 The effect of concentration of methylene blue

2.1.2 吸附時(shí)間對(duì)吸附效果的影響亞甲基藍(lán)溶液體積為100mL，香蕉葉活性炭的用量為0.05g，溫度25℃，亞甲基藍(lán)的初始濃度為200mg·L-1，考察吸附時(shí)間對(duì)吸附效果的影響，結(jié)果如圖3所示。吸附時(shí)間為5min 時(shí)，吸附率已經(jīng)達(dá)到90.75%，這是因?yàn)槲匠跗?，亞甲基藍(lán)的濃度較高，

且香蕉葉活性炭表面存在大量的活性吸附位點(diǎn)，接觸較為充分。隨著吸附過(guò)程的進(jìn)行，香蕉葉活性炭表面的活性吸附位點(diǎn)逐漸被亞甲基藍(lán)占據(jù)，吸附速率逐漸變緩[5]。120min后，香蕉葉活性炭對(duì)亞甲基藍(lán)的去除率基本保持不變，吸附達(dá)到平衡。吸附時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)增加實(shí)際生產(chǎn)中的能耗，綜合考慮吸附率及能耗因素，選擇吸附時(shí)間為120min為宜。

圖3 吸附時(shí)間的影響Fig.3 The effect of adsorption time

2.1.3 香蕉葉活性炭用量對(duì)吸附效果的影響

亞甲基藍(lán)溶液體積為100mL，溫度25℃，亞甲基藍(lán)的初始濃度為200mg·L-1，吸附時(shí)間為2h，考察香蕉葉活性炭的用量對(duì)吸附效果的影響，結(jié)果如圖4所示。隨著香蕉葉活性炭用量增大，吸附率逐漸增大，香蕉葉活性炭的用量為0.05g時(shí)，吸附率可達(dá)到99.22%，此時(shí)溶液幾乎呈無(wú)色透明狀，說(shuō)明0.05g的香蕉葉活性炭用來(lái)處理100mL濃度為200mg·L-1的亞甲基藍(lán)溶液，可達(dá)到很好的效果。

圖4 香蕉葉活性炭用量的影響Fig.4 The effect of banana leaves activated carbon dosage

2.1.4 pH值對(duì)吸附效果的影響

亞甲基藍(lán)溶液體積為100mL，溫度25℃，亞甲基藍(lán)的初始濃度為200 mg·L-1，吸附時(shí)間為2h，香蕉葉活性炭的用量為0.05g，考察pH值對(duì)吸附效果的影響，結(jié)果如圖5所示。隨著溶液pH值增大，香蕉葉活性炭吸附亞甲基藍(lán)的曲線(xiàn)先增大后趨于平緩。這是因?yàn)?pH 值較小時(shí)，亞甲基藍(lán)溶液中H+的濃度很高，香蕉葉活性炭表面被高度質(zhì)子化，有效基團(tuán)被H+包圍，高濃度的H+阻礙了香蕉葉活性炭對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附；pH達(dá)到中性后，香蕉葉活性炭表面的質(zhì)子化程度降低，有效基團(tuán)吸附亞甲基藍(lán)的效果逐步提高[6]。綜合考慮吸附率和成本，香蕉葉活性炭吸附亞甲基藍(lán)適合在中性條件下進(jìn)行。

圖5 pH的影響Fig.5 The effect of pH

2.1.5 溫度對(duì)吸附效果的影響

亞甲基藍(lán)溶液體積為100mL，亞甲基藍(lán)的初始濃度為200mg·L-1，吸附時(shí)間為2h，香蕉葉活性炭的用量為0.05g，考察溫度對(duì)吸附效果的影響，結(jié)果如圖6所示。香蕉葉活性炭對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附率，隨溫度的升高先增大后減小，45℃時(shí)吸附率最大。但在本實(shí)驗(yàn)的溫度條件下，吸附率在99.2%～99.5%之間，總體變化幅度不大。為了節(jié)省能耗，選擇常溫為宜。

圖6 溫度的影響Fig.6 The effect of temperature

2.2 未炭化活化的香蕉葉粉末與香蕉葉活性炭吸附效果的比較

亞甲基藍(lán)溶液體積為100mL，亞甲基藍(lán)的初始濃度為200mg·L-1，溫度25℃，吸附時(shí)間為2h，香蕉葉活性炭的用量為0.05g，分別用未炭化活化的香蕉葉和香蕉葉活性炭進(jìn)行吸附，結(jié)果見(jiàn)圖6。未炭化活化的香蕉葉對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附率為58.5%，香蕉葉活性炭對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附率為99.22%，說(shuō)明香蕉葉經(jīng)炭化活化后，吸附率大幅度提高。這是因?yàn)樘炕罨蟠笤黾恿讼憬度~的比表面積，有利于吸附行為的進(jìn)行。

圖6 不同種類(lèi)吸附劑的影響Fig.6 The effect of different adsorbent

3 結(jié)論

在亞甲基藍(lán)溶液體積為100mL，亞甲基藍(lán)的初始濃度為200mg·L-1，溫度25℃，吸附時(shí)間為2h，香蕉葉活性炭的用量為0.05g，pH值為6.86的條件下，香蕉葉活性炭對(duì)亞甲基藍(lán)的去除率可達(dá)99.22%。通過(guò)與未炭化活化的香蕉葉的比較可知，香蕉葉經(jīng)炭化活化后，對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附率可提高40.72%。利用農(nóng)林廢棄物制備對(duì)亞甲基藍(lán)有優(yōu)良吸附性能的活性炭，為香蕉葉的資源化利用及研究提供了新的思路。