五种生物吸附剂对亚甲基兰吸附能力的研究
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毕业设计（论文）中文摘要毕业设计（论文）外文摘要目录1 引言 (1)2 实验方法及步骤 (2)2.1 实验材料与仪器 (2)2.2 实验方法 (2)2.2.1 标准曲线的绘制 (2)2.2.2 数据处理 (3)3 结果与讨论 (4)3.1 溶液pH对吸附的影响 (4)3.2 动力学研究 (5)3.2.1 时间对吸附的影响 (5)3.2.2 准二级动力学模型及其分析 (6)3.3 吸附剂量对吸附的影响 (8)3.4 溶液初始浓度对吸附的影响 (9)3.5 Langmuir与Freundlich吸附等温方程 (11)3.6 离子强度对吸附的影响 (15)结论 (17)致谢 (18)参考文献 (19)1 引言染料废水色度高、毒性大、生物降解和脱色困难[1]，随着轻工业的不断发展，大量的染料废水通过各种途径排入环境中，对水环境造成严重污染并且危害人体健康。
水溶性染料废水的脱色成为一大难题[2]。
由于染料品种多, 并朝着抗光解、抗氧化、抗生物氧化方向发展, 从而使染料废水处理难度更大。
考虑到工业效率与处理成本, 目前工业上常用的方法有絮凝、沉淀、电解、氧化、吸附等，前几种方法虽然效果比较好，但运行工艺条件严格，稳定性差，成本高[3]。
近十年来, 生物材料经处理加工成生物吸附剂, 用于废水处理成为环境工程领域的一大研究热点。
与其他处理方法相比, 生物吸附技术在处理废水方面具有明显优势,如：原材料来源丰富, 品种多, 成本低；在低浓度条件下, 受其他离子的干扰较小；吸附效率高, 再生容易, 设备简单, 易操作；pH 值和温度范围宽。
因此, 生物材料吸附具有广阔的应用前景和良好的环境效益、社会效益[4]。
本实验是用米糠、麦麸、海带、紫菜和水花生五种低成本生物吸附剂，以亚甲基兰染料配制成模拟染料用水作为处理对象，对吸附剂在模拟用水处理中的应用规律及吸附机理进行了分析研究。
通过最佳pH 值、最佳时间、最佳吸附剂量、初始浓度的确定及米糠、麦麸、紫菜、海带和水花生对亚甲基兰的吸附过程能够很好的遵循准二级动力学模型。
实验证明，米糠、麦麸、海带、紫菜和水花生这五种低成本生物吸附剂，对亚甲基兰具有良好的吸附作用，是具有高效脱色能力的廉价吸附剂。
亚甲基兰为深绿色有铜光的柱状晶体或结晶粉末，又称碱性湖蓝（氯化锌盐）。
英文名称为Methylene Blue trihydrate 。
分子式为C 16H 18ClN 3S·H 2O ，结构式如图1，分子量为373.90。
亚甲基兰在水溶液中呈一价有机阳离子[5]，是一种碱性阳离子染料，早于1924年已用于评价液相吸附性能[6]。
SNN NCH 3CH 3CH 3CH 3+Cl 3OH 2图１ 亚甲基兰分子结构式2 实验方法及步骤2.1 实验材料与仪器亚甲基兰贮备液：称取1.0g亚甲基兰，溶于水并定容于1000mL容量瓶中，配成1g/L的亚甲基兰标准贮备液。
1mg/L亚甲基兰溶液：取1mL1g/L的亚甲基兰标准贮备液定容于1000mL容量瓶。
其余不同浓度的亚甲基兰溶液配制方法相同。
pH=2的亚甲基兰溶液：取要求浓度所对应体积的1g/L的亚甲基兰标准贮备液于1000mL容量瓶，加水至刻度线以下。
用HNO3和NaOH调节pH值，酸度计测得相应的pH值，直至pH=2（误差为±0.05），加少量水至刻度线。
60与100目的生物吸附剂：将米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生研磨后分别过筛60和100目。
然后放入烘箱中，在105℃下烘2到2.5个小时。
实验仪器：SHA-C水浴恒温振荡器、UNICO-7200分光光度仪、pHS-3C精密pH计、BS224S电子天平、电热恒温干燥箱、容量瓶、锥形瓶、比色管、比色皿。
2.2 实验方法2.2.1 标准曲线的绘制分别取浓度为1mg/L、2mg/L、3mg/L、4mg/L、5mg/L、6mg/L、7mg/L、8mg/L的上述亚甲基兰标准贮备溶液于25mL比色管中。
待溶液静置5min，将亚甲基兰溶液置于10mm比色皿中，于663nm波长，以水为参比，测定吸光度。
实验数据见表1。
表1 标准曲线亚甲基兰溶液浓度和吸光度亚甲基兰溶液浓度（mg/L）吸光度1.0 0.1012.0 0.2093.0 0.3114.0 0.4375.0 0.5226.0 0.6277.0 0.7288.0 0.838图2 亚甲基兰溶液标准曲线图2为亚甲基兰溶液的标准曲线，其数学表达式：0.10460.0009y x=+(1) 其中：x为被测亚甲基兰溶液的浓度(mg·L-1)；y为测得的吸光度。
根据标准曲线及测得的吸光度即可在下面的实验中计算出溶液中亚甲基兰的浓度。
2.2.2 数据处理单位质量生物吸附剂（米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生）的吸附量：m VCCq e ⨯-=)(0(2) 式中：C o为吸附前亚甲基兰溶液的原始浓度(mg/L)；C e吸附平衡后溶液中亚甲基兰溶液的浓度(mg/L)；V为亚甲基兰溶液的体积(L)；m为加入的生物吸附剂（米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生）的质量(g)。
3 结果与讨论3.1 溶液pH 对吸附的影响取80mg/L ，pH 为2、3、4、5、6、7、8、9、10的亚甲基兰溶液各50mL 于小锥形瓶中，加入0.25g 吸附剂（米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生，60目），在20℃的水浴中振荡2小时，离心（5min ），测吸光度。
由所得的实验数据在origin 软件中作图，得图3。
q (m g /g )pHq (m g /g )pHq (m g /g )pHq (m g /g )pHq (m g /g )pH图3 不同pH 对吸附的影响根据表2数据及图3分析可知，五种不同的吸附剂，米糠、麦麸、紫菜、海带和水花生，在pH<5时，pH 对吸附的影响较大，随着pH 的增大吸附量增张幅度较大；当pH≥5时，pH 的增大对吸附的影响减小，吸附量缓慢增加或基本相似。
这是由于低pH 值时，染料分子较少电离[7]，溶液中存在大量的H +与亚甲基兰竞争吸附剂表面的吸附点位。
当pH 逐渐升高时，溶液中的H +逐渐减少，与亚甲基兰的竞争能力减弱，且亚甲基兰电离增强[7]，溶液中产生更多的一价有机阳离子的季胺盐离子基团MB +[8]，所以亚甲基兰获得吸附点位的几率升高，提高了各吸附剂对亚甲基兰的吸附率。
综合考虑，最佳pH 选择为5。
从所得的数据中还可知，海带、米糠、水花生吸附的效果好于紫菜和麦麸。
3.2 动力学研究3.2.1 时间对吸附的影响取80mg/L ，pH=5的亚甲基兰溶液150mL 于锥形瓶中，加入0.75g 吸附剂（米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生，60目和100目），分别在20摄氏度水浴振荡器中振荡2min 、5min 、10min 、15min 、20min 、30min 、45min 、60min 、90min 、120min 、180min 直至所测得的吸光度稳定。
根据实验数据，绘制q t －t 曲线图，如图4、5所示。
由图可知，随着吸附时间的增加单位吸附量逐渐增加，反应前100min 内吸附量呈现上升趋势。
之后，随着接触时间的延长，吸附量出现缓慢上升，逐渐趋于平衡。
为确保充分吸附，本实验中吸附时间均选为2小时。
本组实验对粗细生物吸附剂（米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生，60目和100目）吸附进行对比。
经过作图分析比较，粗细粒径都能在2小时达到吸附平衡。
分析实验数据可知，粒径为60目的米糠、海带和水花生吸附量大于粒径100目的吸附量，而麦麸、紫菜反之。
3.2.2 准二级动力学模型及其分析准二级动力学模型可表达为：t q qk q t eet1122+=(3)式中：q t 为不同时间下的单位吸附量(mg/g)；q e 为平衡状态下的单位吸附量(mg/g)； k 2为反应速率常数(mg/g·min)。
根据上式对t/q t －t 作图，如图6所示。
所得参数见表2。
t /qt(min)t /qt(min)q t (m g /g )t(min)q t (m g /g )t(min)图4 不同时间对吸附的影响（米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生，60目） 图5 不同时间对吸附的影响（米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生，100目）t /qt(min)t /qt(min)t /qt(min)图6 准二级动力学模型（米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生，60目）表2 准二级动力学模型参数吸附剂(60目) R k 2(mg/g·min) q e (mg/g) 米糠 1 0.3413 14.8478 麦麸 0.9999 0.0199 12.4922 海带 1 0.2393 15.3492 紫菜 0.9998 0.0273 13.1113 水花生0.99990.038414.1543表2中数据显示，准二级动力学模型拟合所得的相关性系数均达到0.999以上，可见米糠、麦麸、紫菜、海带和水花生对亚甲基兰的吸附过程能够很好的遵循准二级动力学模型。
利用动力学模型拟合所得直线的斜率和截距可求得准二级动力学模型的速率常数k 2及平衡时的吸附量q e ，比较表2中列出的k 2，可以看出，不同的吸附剂对亚甲基兰的吸附速率不相同：米糠>海带>水花生>紫菜>麦麸。
而吸附达到平衡时各吸附剂的吸附量也不尽相同：海带>米糠>水花生>紫菜>麦麸。
3.3 吸附剂量对吸附的影响取80mg/L ，pH=5的亚甲基兰标准溶液50mL 于7个250mL 锥形瓶中，分别加入 0.25g/L 、0.5g/L 、1g/L 、2g/L 、3g/L 、4g/L 、5g/L 的生物吸附剂（米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生，60目），在20摄氏度下振荡2小时。
取出离心并测定吸光度。
用吸附剂量m －q e －η作双坐标图，如图7所示。
去除率可表达为：%10000⨯-=C C C eη (4)从图可以看出，吸附剂量增加，吸附总量增加，但是单位质量的吸附量减小。
这是因为吸附剂增加，但染料的浓度不变，染料分子与吸附剂接触的机率减小，所以单位吸附量减小。
所以，增加吸附剂的量，虽然吸附效率降低，但可以促进各吸附剂对亚甲基兰的吸附，去除率增加。
q (m g /g )m (g / L)q (m g /g )m (g / L)q (m g /g )m (g / L)q (m g /g )m (g / L)q (m g /g )m (g / L)图7 吸附剂量的改变对吸附的影响 （米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生，60目）3．4 溶液初始浓度对吸附的影响取pH=5，浓度为40、80、120、160、200、240、280、340mg/L 的亚甲基兰溶液各50mL ，分别加入0.25g 吸附剂（米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生，60目），在20摄氏度下振荡2小时。
