基于正交试验的稻壳粉吸附锰条件分析

傅妍芳 朱琪琪 汪雨

摘要：利用稻壳粉对水中的锰进行吸附，采用L1644正交表进行正交试验，考察初始浓度、稻壳粉用量、pH值、吸附时间对锰去除率的影响，确认影响最大的因素和最优的实验条件，确定等温吸附模型以及吸附后的稻壳粉的再生方式.结果表明：最大的影响因素pH值，其次是吸附时间，最佳的吸附条件为：初始浓度在80mg/L的含锰废水中加入60g/L的稻壳粉，调节pH值为7，吸附30分钟稻壳粉对锰吸附符合Langmuir等温模型，吸附剂可以经过再生循环使用，避免二次污染.

关键词：正交实验法;稻壳粉;吸附;锰

中图分类号：X132  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）06-0081-02

锰是一种人体必需的微量元素，在维持人体健康方面发挥重要作用，但是锰摄入过量也会导致健康风险[1]，生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）中锰的限量为0.1mg/L，在污水综合排放标准（GB 8978-1996）中锰为第二类污染物指标，一级排放标准最高允许排放浓度为2mg/L.因此如何除锰也是研究热点之一.吸附法因为简单有效，二次污染小等原因在污染控制方面有很多应用，生物吸附剂的应用目前也十分广泛[2].稻壳粉是一种具有较强的韧性且多孔的农林废弃物，主要成分为纤维素、木质素和二氧化硅等[3].稻壳粉的资源化途径主要是利用其特殊结构制成稻壳基活性炭、稻壳粉复合材料等[4].利用稻壳粉的特殊性质，可以通过表面络合机理吸附锰[5]，研究稻壳粉吸附锰的影响因素对稻壳粉的资源化具有十分重要的意义.

1 材料和仪器

1.1 材料

稻壳粉购置于池州市某生态米厂，锰标准溶液（国家有色金属及电子材料分析测试中心），氢氧化钠、盐酸、硫酸锰、焦磷酸钾、乙酸钠、高碘酸钾（分析纯，上海国药集团化学试剂有限公司）.

1.2 仪器

752N紫外可见分光光度计（上海精科），PHS-25C数显酸度计（上海宇隆仪器有限公司），HY-4调速多用振荡器（江苏金坛市金城国胜实验仪器厂），离心机（常州金坛高科仪器厂）.

2 方法

2.1 锰含量测定

根据GB/T5750.6-2006中3.4高碘酸钾氧化法.

2.2 稻壳粉的预处理

稻壳粉用纯水至少洗涤3次，再用纯水浸泡过夜后过滤，在烘箱中干燥5h后冷却过筛，保存于干燥器中待用.

2.3 吸附实验

配置一定浓度的硫酸锰溶液，吸取100mL于三角瓶中，加入一定量的稻壳粉，调节pH后，在室温下震荡一定时间后，取上清液过滤后测试.计算稻壳粉对锰的去除率η和平衡吸附密度Qe.

2.4 正交试验的设計

根据正交试验的设计方法，选取pH值（A）、待测液初始浓度（B）、稻壳粉用量（C）和吸附时间（D）为考察因素，采用L1644正交表进行正交试验[5]，因素的设定见表1所示，实验时温度为室温25℃.

3 结果与讨论

3.1正交试验结果分析

根据极差分析结果可知，各因素对锰去除率的影响重要性的排序为：pH值影响最大，其次是吸附时间，然后是稻壳粉用量，影响小的因素是含锰废水的初始浓度.最优的吸附条件是：初始浓度在80mg/L的含锰废水中加入60g/L的稻壳粉，调节pH值为7，吸附30分钟.

3.2 等温吸附模型分析

在25℃时，配置100mL不同浓度的含锰废水，加入0.4g的稻壳粉，调节pH值为7，进行吸附，吸附时间在1h以上，测得并计算平衡吸附密度Qe和平衡时的浓度Ce，绘制吸附等温线，R2=0.99，线性关系较好，符合Langmuir模型，见图1.

3.3 稻壳粉的再生处理

使用0.1mol·L-1盐酸溶液对已经吸附锰的稻壳粉进行解吸.解吸后的稻壳粉经0.1mol·L-1氢氧化钠活化后用纯水洗涤后进行下一轮实验.可进行多次循环使用[6]，避免二次污染.

4 结论

（1）使用稻壳粉作为吸附剂可以有效地吸附水中的锰，影响吸附的效果的主要因素是pH值，最佳的吸附条件是：初始浓度在80mg/L的含锰废水中加入60g/L的稻壳粉，调节pH值为7，吸附30分钟.

（2）稻壳粉吸附锰的符合Langmuir模型.

（3）稻壳粉可以经过再生循环利用，可用于实际.

参考文献：

〔1〕李继云，徐冰峰，黄兆龙等.核桃壳对二价锰离子（Mn2+）的吸附性能[J].净水技术，2012，31（4）：98-101.

〔2〕巩苗苗，王光荣.生物吸附剂及其研究进展[J].赤峰学院学报（自然科学版），2018，34（6）：36-39.

〔3〕杨艳坤，李激，陈晓光等.稻壳粉调理对污泥脱水性能及脱水液水质的影响[J].中国给水排水，2017，33（13）：113-118.

〔4〕赵黎明，王士强，顾春梅等.稻壳理化特性及其综合利用研究进展[J].黑龙江农业科学，2017，39（3）：147-151.

〔5〕Krishnani K，Meng X，Christodoulatos C，et al. Biosorption mechanism of nine different heavy metals onto biomatrix from rice husk[J].Journal of Hazardous Materials，2008，153（3）： 1222-1234.

〔6〕董如何，肖必华，方永水.正交试验设计的理论分析方法及应用[J].安徽建筑工业学院学报（自然科学版），2004，12（6）：103-106.