梁春華，李 蕩

（凱里學(xué)院大健康學(xué)院，貴州凱里 556011）

在水凈化領(lǐng)域，化合物的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)限量值越來(lái)越低，工業(yè)廢水處理迫在眉睫。染料生產(chǎn)、紡織、造紙工業(yè)等都會(huì)產(chǎn)生廢水，已經(jīng)成為典型且有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。大量事實(shí)表明，工業(yè)廢水中含有嚴(yán)重危害水生生物的致癌物質(zhì)，在廢水排放前必須去除或盡量減少這些物質(zhì)。去除廢水中有機(jī)污染物的方法有納米光催化［1］、電化學(xué)［2］和吸附法［3］等。吸附法由于處理成本低、操作簡(jiǎn)單、可利用性強(qiáng)和處理濃度較寬［4-5］，是一種很好的廢水處理技術(shù)；活性炭應(yīng)用廣泛，但費(fèi)用高、再生和用后處理難［6］。因此很多研究已使用一些低成本和易生物降解的物質(zhì)作為吸附劑。已有大量研究使用天然物質(zhì)（如橘子皮、香蕉皮、豆皮［7-8］等）去除染料［9］，本研究主要探討蛋殼膜作為吸附劑去除水溶液中的剛果紅80。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料和儀器

剛果紅80（DR80，湖南匯百侍生物科技有限公司），蛋殼（ESM，蛋糕店）；TU-1800PC 紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)，Zeiss掃描電鏡。

1.2 蛋殼膜的制備

蛋殼用自來(lái)水沖洗后，用雙重蒸餾水洗滌，浸入25%的乙酸溶液中溶解。蛋殼內(nèi)膜用剛蒸餾的雙重蒸餾水清洗至不顯酸性，40 ℃下烘24 h，干膜碾碎，篩分至小于0.125 mm。

1.3 吸附實(shí)驗(yàn)

取0.05～0.40 g 蛋殼膜加入250 mL 100 mg/L 剛果紅溶液中，用1 mol/L HCl 和NaOH 調(diào)節(jié)pH（為防止離子強(qiáng)度和有機(jī)物干擾，用雙重蒸餾水配制溶液）。

1.4 吸附等溫線實(shí)驗(yàn)

取0.8 g/L 蛋殼膜加入剛果紅染料溶液（pH 2）中，常溫下以200 r/min 振蕩2 h 達(dá)到吸附-解吸平衡。一定時(shí)間內(nèi)間隔取樣，離心分離，取上清液測(cè)吸光度。

1.5 測(cè)試

表面形貌：采用掃描電鏡觀測(cè)蛋殼膜和吸附后回收處理的蛋殼膜結(jié)構(gòu)。

去除率：根據(jù)朗伯-比爾定律計(jì)算染料的質(zhì)量濃度ρ，染料去除率=（1-ρe/ρ0）×100%（ρe為平衡時(shí)染料的質(zhì)量濃度，ρ0為染料的初始質(zhì)量濃度）。

2 結(jié)果與討論

2.1 蛋殼膜對(duì)剛果紅吸附性能的影響因素

2.1.1 蛋殼膜用量

由圖1 可知，隨著蛋殼膜用量增加，染料去除率提高，0.8 g/L 時(shí)，染料已基本去除，去除率達(dá)97.5%。這是因?yàn)榈皻つぃㄎ絼┯昧吭黾樱缺砻娣e增大，吸附效果增強(qiáng)。因此，蛋殼膜用量選擇0.8 g/L。

圖1 蛋殼膜用量對(duì)吸附性能的影響

2.1.2 接觸時(shí)間和染料初始質(zhì)量濃度

吸附過(guò)程是一個(gè)吸附-解吸動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，分子運(yùn)動(dòng)越快越容易被吸附劑吸附，解吸也越快。由圖2可知，90 min 時(shí)，去除率趨于平衡，說(shuō)明90 min 時(shí)基本達(dá)到吸附-解吸平衡；染料初始質(zhì)量濃度越低，去除率越好，因?yàn)橄∪芤旱娜玖戏肿舆\(yùn)動(dòng)更快。

圖2 接觸時(shí)間和染料初始質(zhì)量濃度對(duì)吸附性能的影響

2.1.3 pH

由圖3 可以看出，吸附效果在強(qiáng)酸條件下最好，隨著pH 上升，吸附效果變差。這是因?yàn)閯偣t有R—SO3-極性基團(tuán)，蛋殼膜含有氨基、羥基、羰基等官能團(tuán)，不同pH 下，染料和蛋殼膜的靜電吸引在吸附中起重要作用；強(qiáng)酸條件下，蛋殼膜官能團(tuán)電離產(chǎn)生帶正電荷的離子，與染料陰離子產(chǎn)生強(qiáng)靜電吸引；隨著pH 升高，OH-濃度增大，染料與蛋殼膜靜電斥力增強(qiáng)，吸附減弱［10］。

圖3 pH 對(duì)吸附性能的影響

2.1.4 蛋殼膜顆粒粒徑

由表1 可知，隨著蛋殼膜顆粒粒徑變小，去除率升高。小于0.120 mm 的蛋殼膜對(duì)染料的去除率達(dá)到99%。這是由于顆粒徑越小，比表面積越大，吸附能力越強(qiáng)。因此選擇粒徑小于0.120 mm 的蛋殼膜。

表1 顆粒粒徑對(duì)吸附性能的影響

2.2 吸附等溫線

為研究蛋殼膜對(duì)剛果紅染料的吸附特性，在等溫下進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖4。對(duì)吸附數(shù)據(jù)分別使用Langmuir、Freundlich 方程進(jìn)行擬合。由表2 可知，0

圖4 蛋殼膜對(duì)剛果紅染料的吸附等溫線

表2 Langmuir 和Freundlich 吸附等溫線相關(guān)參數(shù)

2.3 SEM

由圖5 可知，吸附前蛋殼膜表面有很多孔隙，對(duì)染料有較強(qiáng)的吸附性；吸附后回收處理的蛋殼膜結(jié)構(gòu)與吸附前沒(méi)有太大差別，說(shuō)明蛋殼膜表面的孔隙結(jié)構(gòu)在吸附過(guò)程中沒(méi)有改變，可重復(fù)利用。

圖5 吸附前（a）、后（b）蛋殼膜的SEM

3 結(jié)論

（1）蛋殼膜對(duì)剛果紅染料的吸附用Langmuir 和Freundlich 兩個(gè)模型模擬都適合，F(xiàn)reundlich 方程的擬合系數(shù)稍高。

（2）強(qiáng)酸條件下，蛋殼膜的官能團(tuán)電離產(chǎn)生帶正電荷的離子，與染料陰離子具有強(qiáng)的靜電吸引作用，吸附效果相對(duì)最好。

（3）吸附前后蛋殼膜的表面形貌沒(méi)有多大變化，可重復(fù)利用。