李雨錚, 侯樂(lè)璇, 陳曼玉, 王珊珊, 張 杰

(東北林業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 哈爾濱 150040)

0 引 言

在工業(yè)生產(chǎn)釋放到環(huán)境中的各種污染物中，染料被認(rèn)為是最危險(xiǎn)的污染物之一[1-2]。如陽(yáng)離子染料亞甲基藍(lán)[3]作為著色劑和染色劑，通常具有毒性和致癌作用[4]。目前，已報(bào)道多種方法來(lái)去除廢水中的亞甲基藍(lán)染料[5]。對(duì)亞甲基藍(lán)的處理方法可分為物理法、化學(xué)法和生物法。物理法不能徹底清除污染物，僅適用于預(yù)處理和深度處理階段；化學(xué)法運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，但對(duì)色度深的廢水處理效果不佳；生物法成本低，可去除部分有機(jī)物，但反應(yīng)速度慢，水質(zhì)不穩(wěn)定，難以達(dá)到理想的處理效果。其中最常用的方法是操作方便、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的物理吸附法，但是由于活性炭吸附劑表面積小，難以重復(fù)使用而無(wú)法廣泛應(yīng)用。而生物質(zhì)多孔碳材料較活性炭具有高比表面積和可重復(fù)使用的特點(diǎn)。因此，本文以亞甲基藍(lán)為例，研究生物多孔碳吸附劑去除染料的效果。

酵母菌是一種細(xì)胞壁堅(jiān)固的橢圓形單細(xì)胞真菌，主要由β-1,3-葡聚糖鏈構(gòu)成的多糖層組成，經(jīng)過(guò)處理可以轉(zhuǎn)化為具有高強(qiáng)度和穩(wěn)定性的高碳材料[6]。因酵母菌具有成本低和易繁殖等優(yōu)勢(shì)[7],故采用其作為生物材料制備多孔碳材料。對(duì)碳材料的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征測(cè)試，通過(guò)對(duì)染料初始濃度和反應(yīng)體系溫度等影響因素進(jìn)行分析探究酵母多孔碳的吸附性能，通過(guò)掃描電鏡、紅外光譜分析和X-射線衍射等手段對(duì)材料進(jìn)行表征分析。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑

季也蒙畢赤酵母菌(實(shí)驗(yàn)室保藏菌種)；葡萄糖、蛋白胨、氯化鈉、無(wú)水乙醇、戊二醛、丙酮、氫氧化鉀均為分析純；亞甲基藍(lán)；酵母浸出粉胨葡萄糖培養(yǎng)基。

1.2 方法

刮取保存在4 ℃冰箱內(nèi)的季也蒙畢赤酵母菌，接種到Y(jié)PD固體培養(yǎng)基上，置于30 ℃搖床中靜置培養(yǎng)24 h，得到活化的菌株。將活化的酵母菌接種到Y(jié)PD液體培養(yǎng)基中，30 ℃搖床培養(yǎng)48 h，轉(zhuǎn)速為130 r·min-1。培養(yǎng)完成后，將菌液倒入50 mL離心管中，6 000 r·min-1離心，收集菌株。

將收集的菌體用蒸餾水洗滌2次后，加入40 mL丙酮預(yù)洗，放于超聲波清洗儀中使菌體分散均勻。將丙酮離心掉，分散在2%～3%(V/V)戊二醛中，室溫放置24 h。然后將其置于50 mL聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中，在180 ℃下保持8 h。將固體產(chǎn)物離心分離，然后在去離子水和乙醇中離心、洗滌、再分散，循環(huán)3次，80 ℃下干燥4 h，備用。

稱取一定量烘干后的菌體，與固體KOH以1∶1比例均勻混合，加入少量蒸餾水，攪拌均勻后靜置8 h，80 ℃真空干燥4 h。將干燥后研磨過(guò)的材料置入管式反應(yīng)爐，分別在700、800和900 ℃下通過(guò)氮?dú)?15 mL·min-1)保護(hù)進(jìn)一步煅燒1 h。煅燒完成后，用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌、離心兩次，于80 ℃烘箱烘干，得到以季也蒙畢赤酵母菌作為生物碳源的酵母多孔碳吸附劑。

1.3 表征測(cè)試

采用掃描電鏡對(duì)多孔碳材料的表面微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究[8]；利用X-射線衍射儀精確測(cè)定材料的晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)行定性分析[9]；利用紅外光譜儀測(cè)定酵母多孔碳材料大部分分子的結(jié)構(gòu)和類型[10]；利用美國(guó)Micromeritics 公司的Tristar II 3020全自動(dòng)分析儀測(cè)定比表面積。

1.4 吸附性能分析

1.4.1 酵母多孔碳的吸附影響因素研究

1.4.1.1 JM-800投加量對(duì)吸附效果的影響

配制50 mg·L-1的亞甲基藍(lán)染料100 mL于250 mL錐形瓶中，分別加入5、10、15、20 和25 mg不同劑量的吸附劑。放入恒溫振蕩搖床，搖床溫度設(shè)置為25 ℃，轉(zhuǎn)速為150 r·min-1，待吸附3 h后，關(guān)閉搖床。將混合物通過(guò)0.45 μm硝酸纖維膜注射器過(guò)濾，測(cè)定染料的殘留濃度。

1.4.1.2 染料初始濃度對(duì)吸附效果的影響

配制初始濃度為10、20、30、40、50、75、100、125 mg·L-1的亞甲基藍(lán)溶液，分別取不同濃度的溶液100 mL置于250 mL錐形瓶中，加入10 mg的吸附劑，放入恒溫振蕩培養(yǎng)箱，溫度為25 ℃，轉(zhuǎn)速為150 r·min-1，吸附3 h后關(guān)閉培養(yǎng)箱，測(cè)定染料的殘留濃度。

1.4.1.3 反應(yīng)溫度對(duì)吸附效果的影響

配制50 mg·L-1的亞甲基藍(lán)染料100 mL于250 mL錐形瓶中，加入制備好的吸附劑10 mg，放入恒溫振蕩培養(yǎng)箱，培養(yǎng)箱的溫度分別設(shè)置為25、30、35、40、45 ℃，轉(zhuǎn)速、處理時(shí)間和測(cè)定方法同上。

1.4.1.4 溶液pH對(duì)吸附效果的影響

配制50 mg·L-1的亞甲基藍(lán)染料100 mL于250 mL錐形瓶中，分別加入10 mg吸附劑，用0.1 mol·L-1HCl和NaOH溶液分別調(diào)節(jié)染料溶液的pH，使其初始pH分別為3.0、5.0、7.0、9.0、11.0，放入恒溫振蕩培養(yǎng)箱，培養(yǎng)箱的溫度設(shè)置為25 ℃,轉(zhuǎn)速、處理時(shí)間和測(cè)定方法同上，測(cè)定染料的殘留濃度。

1.4.2 酵母多孔碳對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附熱力學(xué)

為了得到多孔碳材料在吸附亞甲基藍(lán)過(guò)程中的熱力學(xué)參數(shù)，計(jì)算了不同溫度下的吸附等溫線[11-12]。培養(yǎng)箱的溫度分別設(shè)置為25、35、45 ℃，亞甲基藍(lán)溶液的初始濃度分別為10、20、30、40、50、75、100、125 mg·L-1，取100 mL不同初始濃度的亞甲基藍(lán)溶液于25 mL錐形瓶中，加入10 mg的吸附劑，放入恒溫振蕩培養(yǎng)箱，轉(zhuǎn)速為150 r·min-1，反應(yīng)3 h后取樣分析，計(jì)算吸附后溶液中亞甲基藍(lán)的濃度，方法同上。

2 結(jié) 果

2.1 酵母多孔碳的結(jié)構(gòu)表征

2.1.1 表面形貌分析

圖1是JM-180、JM-700、JM-800和JM-900(均為酵母多孔碳類型)樣品的掃描電鏡照片。從圖1(a)和圖1(b)可以看出，180 ℃水熱碳化的材料仍然保持著原酵母的形態(tài)，表面相對(duì)光滑，無(wú)孔狀結(jié)構(gòu)，形狀仍為橢圓；隨著溫度的升高以及KOH的活化，酵母菌細(xì)胞破裂，碳材料表面粗糙，且出現(xiàn)大小不一的小孔；當(dāng)溫度升高至800 ℃、碳?jí)A比為1 時(shí)，碳材料活化產(chǎn)率為41%左右，所得材料表面的孔洞結(jié)構(gòu)更加豐富，孔洞壁更加明顯；當(dāng)溫度升至900 ℃時(shí)，材料碎末化明顯，孔壁出現(xiàn)破裂，說(shuō)明此時(shí)溫度已過(guò)高。溫度升高加速了有機(jī)物的碳化過(guò)程，使得材料表面孔洞豐富，更多的有機(jī)物在氣化或者液化以后進(jìn)入氣相或液相中[13-14]。

圖1 180 ℃水熱碳化后未經(jīng)KOH活化的樣品(a、b)和KOH活化后經(jīng)700 ℃(c,d)、800 ℃(e,f)、 900 ℃(g,h)高溫煅燒的樣品

2.1.2 X-射線衍射分析

使用X-射線衍射可以容易地揭示碳材料的晶體結(jié)構(gòu)，所研究的不同材料的廣角XRD譜圖如圖2示。從圖中可以看出，當(dāng)180 ℃水熱碳化時(shí)，樣品起初呈無(wú)定形結(jié)構(gòu)，在大約2θ=20°附近出現(xiàn)了寬衍射峰，此峰為不定型碳的(002)晶面衍射峰[15]，該峰的位置和廣度表明，酵母多孔碳呈現(xiàn)焦碳狀特征，具有無(wú)序的碳質(zhì)夾層。

2.1.3 紅外光譜分析

圖2 不同溫度條件下制備的酵母多孔碳的XRD圖譜

2.1.4 BET分析

采用氮?dú)馕?脫附等溫曲線研究材料的孔結(jié)構(gòu)[17-18]，圖4給出了不同溫度制備的酵母多孔碳的N2吸附-脫附曲線和孔徑分布曲線。由圖可知，樣品的孔徑分布不均勻，具有中孔和大孔。比表面積最大的為JM-800樣品，其比表面積為148.52 m2·g-1，最小的為JM-180樣品，比表面積為13.84 m2·g-1，比表面積差距如此大的原因在于JM-180樣品并沒(méi)有經(jīng)過(guò)KOH活化擴(kuò)孔。從BJH分析可以看出，沒(méi)經(jīng)過(guò)擴(kuò)孔的JM-180樣品，孔徑分布主要是集中在微孔和介孔。而經(jīng)過(guò)擴(kuò)孔的三個(gè)樣品均主要分布在中孔和大孔，這與掃描電鏡圖片觀察的結(jié)果一致。由此可以推測(cè)，擴(kuò)大的比表面積可以為染料分子的傳輸和吸附提供大量的孔道和較大的接觸面積，從而可以有效提升吸附性能。

圖4 不同溫度下制備的酵母多孔碳的N2吸附-脫附曲線和孔徑分布曲線圖譜

2.2 酵母多孔碳對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附動(dòng)力學(xué)

接觸時(shí)間是影響亞甲基藍(lán)吸附的重要因素，接觸時(shí)間對(duì)不同熱解溫度下樣品去除亞甲基藍(lán)的影響如圖5所示?？梢钥闯?，亞甲基藍(lán)的吸附表現(xiàn)為兩個(gè)階段：前60 min為非常快速的初始吸附，然后是較長(zhǎng)時(shí)間的緩慢吸附[19]。酵母多孔碳材料對(duì)亞甲基藍(lán)的最佳接觸時(shí)間為3 h，時(shí)間有效吸附順序?yàn)镴M-800> JM-700> JM-900，因此，JM-800對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附具有顯著優(yōu)勢(shì)。

動(dòng)力學(xué)模型對(duì)于評(píng)價(jià)吸附動(dòng)力學(xué)和考察吸附效率非常重要。不同煅燒溫度得到的JM-700、JM-800和 JM-900三種樣品的動(dòng)力學(xué)模型如圖6所示，準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)模型擬合參數(shù)和相關(guān)系數(shù)如表6所示。這些模型描述了不同熱解溫度下所得的酵母多孔碳材料吸附亞甲基藍(lán)的吸附反應(yīng)速率。表中相關(guān)參數(shù)表明，不同熱解溫度下的各種材料的準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)相關(guān)系數(shù)R2值均超過(guò)0.99，而準(zhǔn)一級(jí)模型相關(guān)系數(shù)R2均小于0.95。與準(zhǔn)一級(jí)模型相比，在更接近理論計(jì)算值條件下，準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型更加適用于亞甲基藍(lán)的動(dòng)態(tài)吸附過(guò)程。由于準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型證實(shí)了其限速步驟為化學(xué)吸附[20]，因此，該模型比準(zhǔn)一級(jí)模型更全面、準(zhǔn)確地反映了亞甲基藍(lán)在酵母多孔碳上的吸附機(jī)理。

表3 酵母多孔碳吸附亞甲基藍(lán)動(dòng)力學(xué)擬合模型參數(shù)

圖7 酵母多孔碳吸附亞甲基藍(lán)的顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型擬合Fig.7 Model fitting of yeast porous carbon adsorption methylene blue particle diffusion

一般來(lái)說(shuō)，染料的吸附受液相傳質(zhì)速率或粒內(nèi)傳質(zhì)速率的控制。吸附質(zhì)組分可能是通過(guò)粒內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程從溶液中進(jìn)入固相的，這是許多吸附過(guò)程中的限速步驟[21]。因此，利用粒內(nèi)擴(kuò)散模型對(duì)這種可能性進(jìn)行探討。粒內(nèi)擴(kuò)散模型如圖7所示，模型參數(shù)如表4所示。

從圖7可知，整個(gè)吸附過(guò)程由兩個(gè)階段組成，這意味著亞甲基藍(lán)的吸附過(guò)程涉及不止一種吸附模式。第一階段染料分子主要通過(guò)酵母多孔碳的外表面或邊界層擴(kuò)散；第二階段是一個(gè)漸進(jìn)的吸附過(guò)程，其中速率由粒子內(nèi)擴(kuò)散速率控制。吸附過(guò)程在一段時(shí)間內(nèi)存在線性關(guān)系，但是沒(méi)有穿過(guò)原點(diǎn)。這表明，顆粒內(nèi)擴(kuò)散是存在的，但不是唯一的速率控制步驟，還可能涉及其他一些機(jī)制。截距C的值表示邊界層的厚度，它對(duì)染料的吸收起著重要作用。一般來(lái)說(shuō)，C值越大表示邊界層效應(yīng)越大[14]。由表4可知，C值相對(duì)較大，說(shuō)明邊界層效應(yīng)對(duì)吸附過(guò)程也有一定影響?？傊瑏喖谆{(lán)在酵母多孔碳上的吸附是一個(gè)受表面吸附和粒內(nèi)擴(kuò)散控制的綜合過(guò)程，這與準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的結(jié)果是一致的。

表4 酵母多孔碳吸附亞甲基藍(lán)的顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型參數(shù)

2.3 吸附因素對(duì)吸附效果的影響

2.3.1 溶液pH對(duì)吸附效果的影響

pH對(duì)于吸附劑的吸附性能具有重要影響。圖8給出了pH在3.0～11.0內(nèi)酵母多孔碳對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附能力和去除率。當(dāng)pH從3增加到11時(shí)，JM-800對(duì)亞甲基藍(lán)的去除率從83%增加到98%，此時(shí)吸附能力趨于穩(wěn)定，表明堿性條件有利于亞甲基藍(lán)在酵母多孔碳上的吸附，較高pH增強(qiáng)了亞甲基藍(lán)與吸附劑之間的靜電作用。其原因?yàn)椋簛喖谆{(lán)是一種陽(yáng)離子染料，在染料水溶液中帶有正電荷[22]，當(dāng)pH較低時(shí)，溶液中有大量H+存在，過(guò)量的H+與亞甲基藍(lán)陽(yáng)離子競(jìng)爭(zhēng)酵母多孔碳表面有限的結(jié)合位點(diǎn)，從而阻礙了對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附。當(dāng)pH升高時(shí)，溶液中的H+濃度降低，OH-濃度增大，亞甲基藍(lán)和H+之間的排斥作用降低，因此增強(qiáng)了對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附能力。當(dāng)pH為中性時(shí)，去除率已達(dá)到95.5%，與pH=11時(shí)僅相差2%。因此，后續(xù)實(shí)驗(yàn)無(wú)需對(duì)溶液pH進(jìn)行調(diào)整。

圖8 溶液pH不同對(duì)染料吸附的影響

2.3.2 JM-800酵母多孔碳的投加量對(duì)吸附效果的影響

酵母多孔碳的投加量是影響亞甲基藍(lán)吸附的重要因素，其通過(guò)影響吸附劑的吸附能力而強(qiáng)烈影響吸附過(guò)程。圖9顯示了材料投加量對(duì)亞甲基藍(lán)去除率和吸附容量的影響。從圖中可知，隨著JM-800投加量的增加，亞甲基藍(lán)去除率也在增加。投加量為10 mg時(shí)，亞甲基藍(lán)的去除率為95%。去除率隨吸附劑質(zhì)量的增加而增加，是因?yàn)槲絼┲杏懈嗟慕Y(jié)合位點(diǎn)。然而，隨著吸附劑質(zhì)量的進(jìn)一步增加，去除率變化不再明顯，這可能與亞甲基藍(lán)分子飽和的吸附劑位點(diǎn)不可用有關(guān)[14]。因此，酵母多孔碳的最佳用量為10 mg。

2.3.3 亞甲基藍(lán)初始濃度對(duì)吸附效果的影響

濃度梯度是克服水相和固相之間的亞甲基藍(lán)傳質(zhì)阻力的驅(qū)動(dòng)力。在實(shí)驗(yàn)條件下，較高的初始濃度可以實(shí)現(xiàn)較高的染料分子傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力，從而導(dǎo)致吸附容量增加直至飽和。從圖10可以看出，亞甲基藍(lán)的去除率隨染料濃度的增加而減少，當(dāng)亞甲基藍(lán)初始濃度增加至100 mg·L-1時(shí)，材料的吸附量為672 mg·g-1，達(dá)到最大吸附容量。當(dāng)染料濃度為125 mg·L-1時(shí)，亞甲基藍(lán)去除率為51.32%，吸附容量開始減少，說(shuō)明100 mg·L-1為亞甲基藍(lán)吸附的飽和濃度。當(dāng)亞甲基藍(lán)濃度小于50 mg·L-1時(shí)，亞甲基藍(lán)去除效率及吸附量維持在較高水平，而當(dāng)亞甲基藍(lán)濃度大于50 mg·L-1條件下，亞甲基藍(lán)去除率則開始下降，吸附量增加緩慢。因此，亞甲基藍(lán)溶液的最佳初始濃度為 50 mg·L-1。

圖10 亞甲基藍(lán)初始濃度對(duì)吸附效果的影響

2.3.4 反應(yīng)體系溫度對(duì)吸附效果的影響

在本實(shí)驗(yàn)中，溫度的影響范圍為25～45 ℃，JM-800對(duì)亞甲基藍(lán)的去除率和吸附容量結(jié)果如圖11所示。由圖可知，隨著溫度的升高，吸附容量(qe)也在增加，說(shuō)明較高的溫度有利于亞甲基藍(lán)的吸附。因此，亞甲基藍(lán)的吸附本質(zhì)上是一個(gè)吸熱過(guò)程。這可能是因?yàn)槿芤旱酿ざ入S著溫度的升高而降低，導(dǎo)致染料分子粒內(nèi)和粒間擴(kuò)散的速率增加，染料分子遷移率的增加有助于染料分子向吸附劑表面移動(dòng)[23]，因而去除率隨著溶液溫度的升高而提高。由于亞甲基藍(lán)的去除率隨溫度升高的增幅并不明顯，因此，后續(xù)實(shí)驗(yàn)均在25 ℃的條件下進(jìn)行。

2.4 酵母多孔碳對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附等溫線

Langmuir吸附等溫線擬合模型如圖12(a)所示，F(xiàn)reundlich吸附等溫線擬合如圖12(b)所示，方程的相應(yīng)參數(shù)列于表5。從表中可知，不同溫度下Langmuir模型的R2均大于0.99，而Freundlich模型的R2均低于0.92，因此，Langmuir模型更加適用于酵母多孔碳材料對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附，表明亞甲基藍(lán)在酵母多孔碳上的吸附是單層吸附。此外，F(xiàn)reundlich等溫線模型中的1/n因子可以反映吸附強(qiáng)度。在本實(shí)驗(yàn)的三個(gè)溫度下，酵母多孔碳對(duì)亞甲基藍(lán)吸附的1/n值均小于0.5，進(jìn)一步證明了吸附的單層覆蓋度[24]。隨著溫度的升高，最大吸附量也隨之增大，表明溫度升高會(huì)增強(qiáng)吸附。合成的酵母多孔碳材料在25、35和45 ℃溫度下，對(duì)亞甲基藍(lán)的最大吸附容量分別為666.67、714.29和769.23 mg·g-1。

表5 不同等溫線模型下亞甲基藍(lán)在JM-800上的吸附等溫線參數(shù)

2.5 酵母多孔碳對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附熱力學(xué)

吸附熱力學(xué)研究的主要是將宏觀熱現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。為了研究亞甲基藍(lán)在酵母多孔碳上的吸附熱力學(xué)，本實(shí)驗(yàn)使用Van’t Hoff方程計(jì)算固液界面熱力學(xué)吸附參數(shù)，如圖13所示。表6中的各項(xiàng)熱力學(xué)參數(shù)是從各種溫度(298、308和318 K)的實(shí)驗(yàn)中獲得的。結(jié)果表明，不同溫度下亞甲基藍(lán)在吸附過(guò)程中的ΔG0均小于零，說(shuō)明吸附過(guò)程具有熱力學(xué)可行性和自發(fā)性。ΔG0隨溫度的升高而降低，說(shuō)明溫度越高，吸附反應(yīng)越有利。同時(shí)，ΔH0為正值進(jìn)一步表明碳材料對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附過(guò)程是吸熱的，ΔS0(26.749 J·mol-1·K-1)為正值表明固溶體系無(wú)序度的增加和酵母多孔碳對(duì)亞甲基藍(lán)的親和性?？傊瑏喖谆{(lán)在酵母多孔碳材料上的吸附是一個(gè)自發(fā)的吸熱過(guò)程[14]。

表6 亞甲基藍(lán)在JM-800上的吸附熱力學(xué)參數(shù)

圖14 循環(huán)使用次數(shù)對(duì)去除率的影響Fig.14 Effects of reused times on removal rate

2.6 酵母多孔碳的循環(huán)再生

吸附劑的再生非常重要，為了研究酵母多孔碳的可重復(fù)使用性，利用乙醇/乙酸洗脫液對(duì)生物碳材料進(jìn)行了三次吸附/解吸循環(huán)。 圖 14 反映了循環(huán)使用次數(shù)對(duì)亞甲基藍(lán)去除率的影響。從圖中可以看出，雖然隨著循環(huán)次數(shù)的增加，去除率有所下降，但三次循環(huán)后去除率仍高于80%。解吸過(guò)程使部分碳材料溶解，改變了碳材料的表面結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致吸附位點(diǎn)的丟失或堵塞，從而降低了解吸后碳材料的去除率。解吸實(shí)驗(yàn)表明，酵母多孔碳有可能成為一種可重復(fù)使用的亞甲基藍(lán)去除吸附劑[24]。

3 結(jié) 論

(1) 采用水熱處理和KOH活化兩者相結(jié)合的方法，成功制備了以酵母菌為生物碳源的一種新型吸附材料。吸附劑制備的最佳碳化溫度為800 ℃，JM-800比其他制備條件下的材料具有更高的比表面積和獨(dú)特的孔狀結(jié)構(gòu)。

(2) 在318 K時(shí)所制備的吸附劑對(duì)亞甲基藍(lán)的最大吸附容量可達(dá)到769.23 mg·g-1，且吸附容量隨溫度的升高和pH的增加而上升，說(shuō)明酵母多孔碳材料可作為低成本、高效的染料去除劑。

(3) 溶液的pH值、吸附劑投加量、初始染料濃度和溫度等因素對(duì)吸附過(guò)程起著重要作用。pH的增加和溫度的升高均有利于酵母多孔碳對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附，當(dāng)染料初始濃度為50 mg·L-1，JM-800用量為10 mg，反應(yīng)時(shí)間為90 min時(shí)，去除率為95.8%，吸附容量為479 mg·g-1。

(4) 酵母多孔碳對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附動(dòng)力學(xué)遵循準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和粒內(nèi)擴(kuò)散模型，吸附過(guò)程主要為化學(xué)吸附。吸附等溫線表明，Langmuir等溫模型更符合對(duì)吸附平衡的預(yù)測(cè)，當(dāng)溫度為318 K時(shí)，最大單層吸附量為769.23 mg·g-1。熱力學(xué)研究表明，吸附過(guò)程是一個(gè)自發(fā)的吸熱過(guò)程。