花生壳生物炭对水中活性紫染料的吸附特性

王丽敏，魏 薇，王 红

(吉林化工学院 资源与环境学院，吉林 吉林 132022)

染料被广泛应用于各个行业中，如在纺织、橡胶、造纸、印染等行业用来给产品上色。世界范围内每年染料的总消耗量超过104吨，其中有10 %在印染及相关行业的废水中排放出来进入环境水体[1]。水体中的染料能够影响水生生物的光合作用，从而对生态环境造成破坏。染料的化学结构复杂，有些染料分子结构中含有芳环等结构，这种结构即使在光照、氧化剂氧化及生物降解等作用下也比较稳定，用传统的废水处理方法难于处理[2-3]。采用吸附技术从废水中去除染料是一种既可行又经济的方法[4]。常用的吸附剂是活性炭，但商业活性炭成本高，再生困难，因此寻找低成本、吸附性能好的吸附剂受到广大研究者的关注[5-6]。本研究以花生壳为原料制备生物炭，以活性紫染料为吸附对象， 旨在寻找更加低廉的新型吸附材料，为降低染料废水处理成本提供参考。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

UVmini-1240紫外可见分光光度计(日本岛津仪器有限公司)；pHS-3C数显酸度计(上海宇隆仪器有限公司)；FA2004N型电子天平(上海精密科学仪器有限公司)；TDL-50B台式离心机(上海安亭科学仪器厂)。

活性紫(分析纯，山西医药公司北京采购供应站)、磷酸(分析纯，天津市大茂化学试剂厂)、氢氧化钠(分析纯，天津市大茂化学试剂厂)。

1.2 花生壳生物炭制备

将花生壳用自来水洗净，在蒸馏水中浸泡后烘干至恒重，粉碎过60目筛后，置于干燥器内备用。取一定量干燥的花生壳于烧杯中，加入85%的磷酸,固液比为1∶1，搅拌均匀后放进坩埚中，马弗炉里在600℃炭化3 h。待坩埚自然冷却至室温后，取出，用蒸馏水洗至中性，干燥后即得到花生壳生物炭。

1.3 吸附实验

取一定质量的花生壳生物炭于250 mL的锥形瓶中，加入不同浓度的活性紫溶液，振荡一定时间后，用紫外可见分光光度计于594 nm测定吸附后溶液中活性紫的浓度，并按下式计算花生壳生物炭的吸附量。

qe=(C0-Ce)V/m (1)

式中，C0、Ce(mg/L)分别为加入的活性紫溶液的初始浓度和吸附达平衡后的浓度，V(L)为进行吸附时溶液的体积，m(g)为花生壳生物炭的质量，qe(mg/g)为吸附量。

2 结果与讨论

2.1 吸附时间对吸附量的影响

向盛有0.1 g 花生壳生物炭的锥形瓶中分别加入50 mL质量浓度为50 mg/L的活性紫溶液，25℃下振荡不同时间后，离心，用紫外可见分光光度计测定上清液中染料的浓度。得到吸附量与吸附时间的关系曲线，见图1。

从图1中可以看出，在吸附的初始阶段吸附速度很快，随着吸附时间延长，吸附量逐渐增加，在吸附60 min后吸附量基本保持不变，说明吸附已经达到平衡状态。

图1 吸附平衡时间

2.2 pH值对吸附量的影响

溶液初始pH值对吸附量的影响见图2。由图2可以看出，在较低pH条件下，花生壳生物炭对活性紫的吸附量较大，随着pH升高，吸附量逐渐减小。在所研究的范围内，吸附最佳pH值为2，考虑到实际应用中pH值为2的体系酸性太强，不利于实际设备运行，后续实验选择在pH值为4的条件下进行。

图2 pH值对吸附量的影响

2.3 染料初始浓度对吸附量的影响

图3 初始浓度对吸附量的影响

向盛有0.1 g花生壳生物炭的锥形瓶中分别加入50 mL不同初始质量浓度的活性紫溶液，25℃下恒温振荡器中振荡90 min后离心，用紫外可见分光光度计测定上清液中活性紫的浓度。得到吸附量随染料初始浓度变化的曲线，如图3所示。随着初始质量浓度的提高，吸附量逐渐增大，当初始质量浓度达到500 mg/L之后，吸附量增加缓慢，近乎达到吸附饱和，实验中最大吸附量为64.93 mg/g。

3 结论

采用花生壳为原料制备生物炭，研究了其吸附水中活性紫的性能。研究结果表明花生壳生物炭对水中活性紫的吸附是一个快速过程，60 min就可达到吸附平衡。pH值是影响吸附过程的重要因素之一，酸性条件下有利于吸附。最大吸附量可达64.93 mg/g。花生壳生物炭作为水中活性紫染料的低成本吸附剂有一定潜在应用价值。