柚子皮对维多利亚蓝B的吸附性能研究
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doi:10.3969/j.issn.1004-275X.2019.03.011柚子皮生物吸附剂化学改性及其对Pb2+吸附性能的研究吴专丽,冶鹏辉,张浩,何昌树,曹竑*(西北民族大学生命科学与工程学院,甘肃兰州730000)摘要:以废弃物柚子皮作为原材料,分别制备了未改性的柚子皮吸附剂、碱改性柚子皮吸附剂和疏基乙酸改性柚子皮吸附剂。
比较它们对铅离子的吸附效率,并通过比较各种因素对吸附剂吸附铅离子效果的影响,得出最佳的吸附条件:温度为45℃、pH为4的巯基乙酸改性柚子皮吸附能力最佳。
关键词:铅离子;柚子皮;碱化改性;巯基乙酸改性;生物吸附中图分类号:X7文献标志码:A文章编号:1004-275X(2019)03-036-03Study on Chemical Modification Synthesis of Biosorbent from Pomelo Peel and ItsAdsorption Performance for Pb2+Wu Zhuanli,Ye Penghui,Zhang Hao,He Changshu,Cao Hong (Life Science And Engineering College,Northwest Minzu University,Gansu,Lanzhou730000)Abstract:In this study,pomelo peel,an agricultural and forestry waste,was selected as raw material to prepare unmodified pomelo peel adsorbent,alkali modified pomelo peel adsorbent and sparse acetic acid modified pomelo peel adsorbent respectively.The adsorption efficiency of these adsorbents for lead ion was compared.By comparing the effects of various factors on the adsorption efficiency of the adsorbent for lead ion,the optimum adsorption conditions were obtained:mercapto at45C and pH4.Grapefruit peel modified by acetic acid has the best adsorption capacity.Key words:lead ion;pomelo Peel;alkalization;thioglycollic acid;biosorption随着我国工业的快速发展,废水大量产生和排放,土壤和水源中重金属离子含量也快速增加,重金属污染问题日益严重,其中铅污染带来的危害不容小视,经食物链富集给人类健康带来严重的威胁。
柚子皮对亚甲基蓝吸附性能的研究吴桂萍;吕琳;崔龙哲【摘要】以柚子皮为原料制备了柚子皮、水洗柚子皮和酸洗柚子皮3种生物吸附剂,用于吸附水溶液中亚甲基蓝( MB).考察了溶液pH值、吸附时间、MB溶液初始浓度等对吸附效果的影响,并探讨了吸附机理.结果表明:3种吸附剂对MB的吸附规律大致相同,其中水洗柚子皮的吸附量最大,酸洗柚子皮次之,柚子皮最小.在pH 9,25℃条件下,用水洗柚子皮吸附溶液中MB,约170 min达到吸附平衡,等温吸附数据符合Langmuir等温吸附模型,最大吸附量为335mg· g-1.用pH 2的酸液进行解吸附再生,解吸率达到78%.红外光谱分析表明:水洗柚子皮表面有羟基、羧基、羰基、醛基和氨基等多种官能团,吸附剂表面带负电荷的基团对MB的吸附起重要作用.%Water-washing and acid -treatment were applied to prepare pomelo peel adsorbents to adsorb methylene blue (MB) in water solution.The effects of pH value, adsorption time, the initial concentration of the dye solution were investigated and the adsorption mechanism was discussed .The results showed that the adsorption patterns of the three adsorbents were the same .The adsorption amount of water-treated pomelo peel was highest , acid-treated pomelo peel adsorbed less, while untreated pomelo peel adsorbed the least .Under pH 9, 25 ℃, adsorption reached equilibrium after 170 min for the water-treated pomelo peel .The adsorption followed the Langmuir adsorption isothermal mode and the maximum adsorption capacity reached 335 mg · g-1 .The desorption reached 78% under pH 2 in acid desorption regeneration.Infrared spectra revealed the presence of functiongroups such as -OH, COO-, C-O, N-H on the surface of water-treated peel and the negatively charged groups on the surface played an important role in the adsorption of MB .【期刊名称】《中南民族大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】4页(P13-16)【关键词】柚子皮;亚甲基蓝;吸附动力学;等温吸附【作者】吴桂萍;吕琳;崔龙哲【作者单位】中南民族大学化学与材料科学学院,武汉430074;中南民族大学化学与材料科学学院,武汉430074;中南民族大学化学与材料科学学院,武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TQ09染料废水因有机物含量高、成分复杂、色度深、废水量大而成为国内外公认的难处理的工业废水之一.目前处理染料废水的方法有化学混凝法、生化法、电凝聚法、Fenton试剂法、光催化降解法等,但这些技术因效率低、成本高而难以普遍使用.吸附法处理量大、反应时间短、无毒害物质产生,是目前较为理想的废水脱色方法[1].许多生物质材料,如芦苇、稻壳、花生壳、锯末和梧桐树落叶等,因比表面积大,含有大量的羧基、羟基和氨基等结合位点,被用作生物吸附剂吸附溶液中的染料[2].本文以柚子皮为材料,制备了柚子皮、水洗柚子皮和酸洗柚子皮3种生物吸附剂,吸附水溶液中的亚甲基蓝(MB),并评价了吸附性能,探讨了吸附机理.1 实验部分1.1 仪器和试剂数显气浴振荡器(SHZ-82A, 江苏金坛中大仪器厂), 电热恒温鼓风干燥箱(DHG-9030, 上海精宏实验设备有限公司), pH计(PHS-3C,上海仪电科学仪器股份有限公司), 电子天平(BS 110 S, 北京赛多丽丝天平有限公司), 紫外-可见分光光度计(UV-2450, 日本岛津仪器公司), 粉碎机(JP-250A-8,永康市久品工贸有限公司), 台式多管自动平衡离心机机(TDZ5-WS, 长沙平凡仪器仪表有限公司), 傅立叶红外光谱仪(NEXUS-470,美国Thermo Nicolet公司), 激光粒度仪(ZEN3690, 英国malvern公司).1.2 实验方法取适量柚子皮,在烘箱中于60 ℃烘干,粉碎过筛,取粒径为0.15~0.60 mm之间的颗粒作为柚子皮吸附剂置于干燥器中备用.另取柚子皮分别用蒸馏水和1.0mol/L HNO3溶液浸泡24 h,然后分离、60 ℃下烘干,粉碎过筛,取粒径在0.15~0.60 mm之间的颗粒作为水洗柚子皮吸附剂和酸洗柚子皮吸附剂备用.取0.1 g吸附剂置于50 mL具塞锥形瓶中,加入30 mL亚甲基蓝溶液,调节pH 值,置于气浴恒温振荡器中振荡4 h,取上层清液离心分离,用分光光度法分析溶液中MB浓度.2 结果与讨论2.1 溶液pH值对柚子皮吸附亚甲基蓝的影响用柚子皮、水洗柚子皮、酸洗柚子皮3种吸附剂吸附溶液中的MB,考察溶液pH 值对吸附量的影响,吸附平衡时溶液pH和吸附量之间的关系,如图1所示.图1 pH对柚子皮吸附亚甲基蓝的影响Fig.1 The effect of pH on theadsorption of MB by pomelo peel由图1可知,溶液pH对3种吸附剂吸附MB的影响大致相同. pH<7时,随着pH的增大,3种吸附剂对亚甲基蓝的吸附量增大较快;pH=9时,吸附量达到最大值; pH为9~10时,3种吸附剂对MB的吸附量均略有下降.3种吸附剂中水洗柚子皮对MB的吸附量最大,达到320.57 mg·g-1,酸洗柚子皮次之,柚子皮吸附剂最小.2.2 吸附动力学在pH 9,25℃时,用水洗柚子皮吸附溶液中MB,进行动力学研究,吸附量随着吸附时间的变化结果见图2. 由图2可见,水洗柚子皮吸附溶液中MB的过程有两个阶段,初始的20 min内吸附速度较快, 20 min时吸附量为210 mg·g-1;随后转为速度较慢的吸附过程,最终在170 min时达到吸附平衡,平衡吸附量为310 mg·g-1.图2 水洗柚子皮吸附亚甲基蓝的动力学Fig.2 The adsorption kinetics of methylene blue by water-treatment pemole peel用近似一级和二级动力学模型对图2中的数据进行了非线性拟合,结果见表1. 由表1可知,二级动力学方程的回归系数R2为0.99,qe为322.62 mg·g-1,比一级动力学的R2大,与实验数据更接近.故水洗柚子皮吸附溶液中MB的过程更符合二级动力学模型.表1 水洗柚子皮吸附亚甲基蓝吸附动力学参数Tab.1 The parameters for adsorption kinetics of MB by water-treatment pemole peel 吸附剂pseudo-first-order modelqe /(mg·g-1)k1 /min-1R2pseudo-second-order modelqe /(mg·g-1)k2 /(g·mg-1·min-1)R2水处理柚子皮294.400.0680.96322.620.00030.99为进一步分析吸附过程,用离子扩散模型(公式1) [3-5]对图3中的数据进行了拟合,结果见图3.qt=Kidt1/2+C.(1)式中Kid为粒子扩散速率常数,C为边界层厚度特征常数. 由图3可见,在吸附初始阶段(t1/2=4.45 min),Kid较大,为47.62,扩散速度快,代表MB从溶液中扩散至吸附剂表面的过程.第二阶段Kid为12.23,代表MB由吸附剂表面扩散至吸附点位的过程,扩散速度较慢,是扩散过程中的控速步骤.2.3 等温吸附图3 水洗柚子皮吸附亚甲基蓝粒子扩散模型Fig.3 The dispersion model of methylene blue particle by water-treatment pemole peel图4 水洗柚子皮吸附亚甲基蓝的等温吸附Fig.4 The adsorption isotherm of MB by water-treatment pemole peel在pH 9,25℃条件下,用水洗柚子皮吸附溶液中的MB,进行等温吸附,结果见图4.由图4可见,吸附量随着溶液中MB平衡浓度的增大而增大,最终达到最大吸附量.用Langmuir和Freundlich吸附等温模型对图4中数据进行了非线性拟合,结果见表2. 由表2可知,水洗柚子皮对亚甲基蓝的吸附更符合Langmuir 吸附模型,最大吸附量为334.95 mg·g-1.说明水洗柚子皮表面均匀,各处的吸附能相同,被亚甲基蓝分子单分子层覆盖.Langmuir方程还可用无量纲常量----分离因子RL来说明吸附质与吸附剂之间的亲和力情况.分离因子RL如式(2):(2)式中b是Langmuir吸附常数,b=Ka/qm,C0为溶液的初始浓度,当RL>1时,吸附很难发生;当0<RL<1时,吸附易于发生;当RL=0时,吸附不发生[6].经计算,RL值为0.764~0.952,说明亚甲基蓝在水处理柚子皮上的吸附较易发生,且初始浓度越高,对吸附越有利.表2 水洗柚子皮吸附等温线参数Tab.2 The parameters for adsorption isotherms of MB by water-treatment pemole peel 吸附剂Langmuir modelqm/(mg·g-1)KaR2Freundlich modelKFnR2水处理柚子皮334.950.0850.99984.90.952.4 解吸附再生吸附剂再生的难易程度和效果是影响吸附剂实际应用的一个重要因素.由溶液pH值对吸附的影响结果(图1)可知,当pH<3时,水洗柚子皮对亚甲基蓝的吸附量很小,在中性条件下吸附性能良好,故可考虑用酸液对吸附剂进行解吸附再生.在pH=9时,用水洗柚子皮吸附溶液中MB,达到吸附平衡后将吸附剂从溶液中分离,在pH=2时进行解吸附再生,解吸率()用式(4)计算.qt=Ct·V/m,(3)η= qt /Cmax.(4)式中qt是t时间解吸附量,Ct是t时间解吸附的浓度,V是解吸附的体积,m是吸附剂的质量,η是解析率,Cmax是最大吸附量. 解吸率随时间的变化见图5,由图5可知,解吸率随着时间逐渐增大,约120 min达到最大解吸率78%.故用酸液对吸附MB的柚子皮进行解吸附再生是可行的.图5 水处理柚子皮的解吸率Fig.5 The desorption rate of water-treatment pemole peel2.5 吸附机理分析在400~4000 cm-1对吸附MB前后的水洗柚子皮进行了扫描分析,结果见图6.由图6可知,3439.12 cm-1的吸收峰归属于六边形O-H和结合水中的羟基拉伸振动峰[7],2925.67 cm-1处为-CHO上C-H键伸缩振动的特征吸收峰,是醛的特征谱带[8],2368.19cm-1的吸收峰是由于C=O双键的伸缩振动[9]引起,归属于水洗柚子皮表面的羰基和羧基团,1632.64 cm-1的吸收峰证实了N-H的存在,1072.09 cm-1由各类C-O键的伸缩振动及变形振动引起的[10].红外光谱分析结果表明水洗柚子皮吸附剂表面含有羰基、醛基、羧基、羟基、胺基等功能基团.对比吸附前后的FTIR图谱可知:吸附MB后,水洗柚子皮红外图谱中1632 cm-1处的吸收峰迁移至1604 cm-1,1072 cm-1处的吸收峰迁移至1097 cm-1,2368 cm-1处的峰迁移至2369 cm-1,波数在2925 cm-1处的-CHO上C-H键吸收峰迁移至2931 cm-1.说明吸附剂表面的一些基团参与了吸附过程.σ/cm-1a) 柚子皮;b) 柚子皮吸附MB图6 柚子皮水洗吸附剂红外分析图Fig.6 FTIR spectra of water-treatment pemole peel为进一步分析溶液pH对吸附过程的影响,在不同pH下用激光粒度仪测定水洗柚子皮的Zeta电位,结果见图7.由图7可知:pH=2时,水洗柚子皮的Zeta电位接近于0;pH>2时,Zeta电位为负值,柚子皮表面带负电荷,随着pH的增大,Zeta电位的绝对值逐渐增大,说明随着pH的增大吸附剂表面带有的负电荷增多,pH=9时Zeta电位达到最大值.溶液pH对Zeta电位的影响规律与对吸附量的影响一致,说明吸附剂表面带有的负电荷电位对MB的吸附起重要作用.因为MB是阳离子型染料,在溶液中以阳离子状态存在,容易与吸附剂表面带负电的基团发生相互作用而被吸附,且吸附剂表面带负电的基团越多对吸附越有利.在酸性条件下,柚子皮表面的羰基、羟基等会跟溶液中的H+结合,吸附剂表面带负电的基团减少,吸附量较小.随着溶液的pH值的升高,柚子皮表面官能团,如-OH,-COOH等发生离解而带负电,吸附剂表面带负电的基团增多,对MB的吸附量也随之增大.图7 溶液pH值对水洗柚子皮Zeta电位影响Fig.7 The effect of pH on theZeta potential of water-treatment pemole peel3 结论(1) 柚子皮、水洗柚子皮、酸洗柚子3种吸附剂对MB的吸附规律大致相同,其中水洗柚子皮的吸附量最大,酸洗柚子皮次之,柚子皮最小.(2) 在pH 9,25℃条件下,用水洗柚子皮吸附溶液中MB,约170 min达到吸附平衡,等温吸附数据符合Langmuir等温吸附模型,最大吸附量为335 mg·g-1.用pH 2的酸液进行解吸附再生,解吸率达到78%.(3) 水洗柚子皮表面有羟基、羧基、羰基、醛基和氨基等多种官能团,吸附剂表面带负电荷的基团对MB的吸附起重要作用.参考文献【相关文献】[1] 吴胜举, 李风亭, 张冰如. 介孑吸附剂在水处理中的应用研究进展[J]. 工业水处理, 2010, 30(4):1-4.[2] 郝一男, 王喜明, 丁立军. 超声波处理文冠果果壳制备的活性炭对亚甲基蓝溶液的吸附[J]. 东北农业大学学报,2011,43(11):77-82.[3] Choy K K H, Poter J F, Mckay G,et al. Intraparticle diffusion in single and multicomponent acid dye adsorption from wastewater onto carbon[J]. Chem Eng J, 2004,103(1/3):133-145.[4] Cheung W H,Szeto Y S,Mckay G. Intraparticle diffusion processes during acid dye adsorption onto chitosan[J].Bioresour Technol,2007,98(15): 2897-2904.[5] Li P,SenGupta A K. Intraparticle diffusion during sele-ctive ion exchange with a macroporous exchanger[J]. React Funct Polym,2000,44(3):273-287.[6] Al-Rub F A A,El-Naas M H,Benyahia F,et al. Biosor-ption of nickel on blank alginate beads,free and immobilized algal cells[J]. Process Biochem,2004,39(11):1767-1773. [7] 孙勇,张金平,杨刚,等. 芦苇黑液木质素制备活性炭吸附废水中的硝基苯[J].中华纸业,2006,27(5):65-67.[8] 宝冬梅,刘吉平. 六对醛基苯氧基环三磷腈的合成及其热性能研究[J]. 功能材料,2013,3(44):396-400.[9] Shim J W,Park S J,Ryu S K. Effect of modification with HNO3 and NaOH on metal adsorption by pitch-based activated carbon fibers[J]. Carbon,2001,39(11): 1635-1642.[10] 翁诗甫.傅里叶变换红外光谱分析[M].2版.北京: 化学工业出版社,2010:389.。
柚子皮活性炭的制备及其对亚甲基蓝的吸附性能
张青芳;黄欣悦;彭晶;刘佳怡;郭赟婧
【期刊名称】《印染助剂》
【年(卷),期】2024(41)4
【摘要】将柚子皮粉末炭化,用乙醇对柚子皮炭进行浸渍处理,制备柚皮炭吸附剂,用于废水中染料亚甲基蓝(MB)的吸附研究。
研究pH、吸附时间和吸附剂用量对MB去除率的影响。
结果表明:当吸附剂用量为1 g/L、pH为7、吸附时间为50 min时,柚皮炭对MB的去除率为97.32%,最大吸附量为88.4 mg/g,与优质商用椰壳炭性能接近。
用扫描电镜(SEM)表征吸附剂的外观,炭化后的柚子皮表面更粗糙,褶皱和微孔增多,比表面积增大,有利于MB的吸附。
【总页数】4页(P22-25)
【作者】张青芳;黄欣悦;彭晶;刘佳怡;郭赟婧
【作者单位】长沙卫生职业学院药学院
【正文语种】中文
【中图分类】X791
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柚子皮吸附剂对甲基橙的吸附性能研究黄晋英;陈欣【摘要】研究了柚子皮对甲基橙(MO)的吸附行为,考察了吸附时间、溶液pH值、柚皮粉用量和MO初始浓度等因素对吸附效果的影响.结果表明,在MO溶液pH值为5.0,初始浓度为10 mg/L的条件下,25 mL溶液中添加0.05 g的柚子皮粉,以120 r/min振荡吸附60 min后,MO吸附率可达77.65%,酸性环境有利于MO吸附.一定范围内,柚子皮用量的增加以及MO初始浓度的升高都会导致吸附率升高,柚子皮粉对MO的吸附过程以物理吸附为主,符合Langmuir吸附等温方程.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2017(045)014【总页数】4页(P96-98,104)【关键词】柚子皮;甲基橙;吸附【作者】黄晋英;陈欣【作者单位】南阳市第一中学, 河南南阳 473061;南阳师范学院化学与制药工程学院, 河南南阳 473061【正文语种】中文【中图分类】X703.1染料生产和印染加工过程不仅用水量大,而且会产生大量废水。
这些废水成分复杂、色度高、难降解、有毒物质多。
进入地面水体中,严重威胁水生植物和人类的健康。
偶氮染料在染料中占有很大比例,甲基橙(MO)为偶氮类染料化合物的典型代表。
使用吸附剂是去除印染废水中染料物质的常用方法之一。
最近几年,国内外的研究人员设计制备出许多不同的吸附材料,用来吸附处理印染废水[1]。
柚子是我国南方的主要水果之一,柚子皮占到柚子全重的50%左右[2]。
通常情况下人们食用完柚子后经常将皮丢弃,这样既造成了物质的浪费,又对环境造成污染。
近年来柚子皮的深加工主要是从中提取香精油黄酮类化合物等[3],其实提取后剩余的部分含有大量的纤维素等,植物纤维的孔隙结构能增大与染料分子接触的机会[2]。
已有文章报到柚子皮粉对废水中重金属Pb等具有很好的去除效果[4-6],并且对亚甲基蓝颜料的有很好的吸附性能[7-8]。
本论文根据柚子皮粉具有多孔结构从而有很好的吸附性能的特点,探索了柚子皮粉吸附去除甲基橙的效果,重点考察了柚子皮粉的用量、吸附时间、甲基橙起始浓度等影响吸附效果的因素,从而找出柚子皮粉吸附甲基橙的最佳条件。
柚子皮材料的综合利用及其应用研究进展
柴文波;徐文齐;黄紫娟;赵兵;姚平;曹天天;李沛赢
【期刊名称】《江苏丝绸》
【年(卷),期】2024(53)1
【摘要】柚子皮中存在多种维生素、天然果胶、矿物质、黄铜等活性成分,并具有蜂窝状的孔径结构,这些结构可以让它在食品、吸附染料等领域有着广泛的应用。
本文根据柚子皮的吸附性能、抗氧化性和抑菌性质,阐述了柚子皮所含的活性成分、提取方法以及在纺织印染行业中的应用。
本文对柚子皮综合利用生产附加值产品的研究进展进行综述,结果表明柚子皮是一种环境友好型的吸附材料。
【总页数】6页(P4-8)
【作者】柴文波;徐文齐;黄紫娟;赵兵;姚平;曹天天;李沛赢
【作者单位】苏州经贸职业技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】X705;X52
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进展
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柚子皮对维多利亚蓝B的吸附性能研究摘要:袖子皮拥有多孔疏松的结构,其本身对染料有一定的吸附作用。
维多利亚蓝B是染料废水中污染比较严重的一种。
对柚子皮吸附维多利亚蓝B的规律及吸附效果进行试验,以确定柚子皮对维多利亚蓝B的最佳吸附条件。
结果表明:在粒径40目(0.45 mm),pH=7,震荡时间60min的条件下,柚子皮可使维多利亚蓝B的去除率达到95%以上,40℃时其最大吸附容量为129.9mg/g,吸附效果良好。
同时柚子皮吸附维多利亚蓝B主要以物理吸附为主,包括外部液膜扩散、表面吸附和颗粒内部扩散等过程,可以用Langmuir和Temkin等温吸附理论进行描述。
关键词:柚子皮;维多利亚蓝B;吸附维多利亚蓝B是三苯甲烷类碱性阳离子型染料,呈青铜色发光颗粒或紫光粉末,可用于脱氧核糖核酸、亚硝酸盐等的分光光度分析和酸碱指示剂等,工业上主要用于棉纤维和纸张等的染色,但由于其上染率低,在使用过程中会对水体生态系统产生较大的污染。
柚子皮具有丰富的蜂窝状多孔结构,孔径较大,为有机物大分子进入内部起到很好的通道作用,有利于吸附储存空间的形成,且富含纤维素,吸附率和其他的吸附剂相比更高。
柚子皮作为吸附材料的优点主要为成本低,产量大,廉价易得,不会造成二次污染。
本实验选择柚子皮为吸附剂,对维多利亚蓝B进行吸附试验,探讨吸附时间、吸附温度、柚子皮添加量及溶液的pH值对吸附效果的影响,选择最佳的吸附条件,为治理印染废水、以废治废方面提供依据。
1 实验部分1.1 仪器与材料仪器:TU-1901型双光束紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司);LXJ-802医用低速离心机(金坛市恒丰仪器厂);SH2-82气浴恒温振荡器(金坛市荣华仪器制造有限公司);ALClI0-4电子天平(北京赛多利斯科学仪器有限公司);40目、20目、14目、3mm分子筛。
试剂:维多利亚蓝B标准品(天津市光复精细化工研究所),氢氧化钠、盐酸(优级纯)。
维多利亚蓝B标准溶液:准确称取0.5000g维多利亚蓝B标准品用去离子水溶解定容至1L,得500mg/L的储备液,实验所用的不同浓度标准溶液用储备液逐级稀释。
材料:柚子皮来自本地市场,洗净后自然风干,粉碎机粉碎,用40目/时(0.45 mm)、20目/时(0.9 mm)、14目/时(1.43 mm)、3 mm四种分子筛分离成四种不同粒径的柚子皮,放在干燥器中备用。
1.2 分析测定方法称取一定量的柚子皮,加入到50mL不同浓度的维多利亚蓝B溶液中,对各变量(pH值、粒径、吸附时间)采用单一变量法,对溶液初始浓度和温度进行正交实验。
在恒温振荡器中震荡吸附60min后,4000 r/min离心10min得上清液,将漂浮在上清液表面的柚子粉(因其密度小)用过滤的方法除掉,将滤液在分光光度计进行分析测定。
用2.2的标准工作曲线计算吸附后溶液中维多利亚蓝B的浓度,并根据吸附前后溶液浓度的变化计算吸附率和吸附量,吸附率和吸附量的计算公式:吸附率;吸附量式中,co一维多利亚蓝B溶液初始浓度(mg/l。
),ce-吸附后维多利亚蓝B溶液浓度(mg/L),V-维多利亚蓝B的溶液体积(L),m 一柚子皮的添加量(g)。
2 结果与讨论2.1 维多利亚蓝B光谱图维多利亚蓝B对可见光有明显吸收,实验中取一定体积的500mg/L维多利亚蓝B储备液稀释成5mg/L溶液,在pH=7,室温条件下,将溶液在紫外可见分光光度计上进行光谱分析(见图1),确定其最大吸收波长为617nm。
2.2 维多利亚蓝B标准溶液吸光度工作曲线取适量体积的维多利亚蓝B标准储备液,配制O,0.5,1.O,2.0,5.O,10.0 mg/L的标准溶液,在617 nm波长处用测定其吸光度,以浓度c为横坐标,以吸光度A为纵坐标,绘制标准工作曲线,所得一次线性回归方程为A=0.0894c+0.0003,线性相关系数r2 =0.9999,其线性良好。
2.3 柚子皮添加量对吸附效果的影响取50.0mg/L维多利亚蓝B标准溶液50mL于磨口三角瓶中,将溶液的pH 值调至7,分别加入粒径为40目0.0200~0.4000g(质量范围)的柚子皮,封口后恒温20℃振荡60min,然后将混合物于4000 r/min离心10min后进行过滤,按照1.2分析测定方法计算吸附率并作图(见图3)。
由图3可知,当柚子皮添加量由0.0200g增大至0.1000g时,其对溶液维多利亚蓝B的吸附率由78%上升并达到95.4%;但当柚子皮质量>0.1000g时,随着添加量继续增大,柚子皮对维多利亚蓝B的吸附率呈下降趋势,可能是随着柚子皮粉添加量的增多发生了解吸附,其具体机理有待进一步研究,因此试验中柚子皮的量为0.1000 g/50mL时吸附效果较好。
2.4pH值对吸附效果的影响取50.0mg/L维多利亚蓝B标准溶液50mL于磨口三角瓶中,用l%盐酸和0.1mol/L的氢氧化钠溶液将溶液调节pH值为3~11,分别加入0.1000g粒径为40目的的柚子皮,20℃下恒温震荡60min,4000 r/min离心10min后进行过滤,按照1.2 分析测定方法计算吸附率并作图(见图4)。
维多利亚蓝B在不同酸碱环境下其颜色、最大吸收波长、吸光度等物理性质都不相同。
当pH值在3~9时维多利亚蓝B水溶液的颜色为蓝色,其最大吸收波长为617nm;50mg/L的维多利亚蓝B溶液吸光度为3.6;而当pH值在9~11时维多利亚蓝B水溶液为紫红色,最大吸收波长为572nm,50mg/L的维多利亚蓝B溶液吸光度为1.O。
从图4可知,当pH值为3~7时,曲线呈平缓上升趋势;当pH值为7~11时,曲线呈明显下降趋势;中性环境下吸附效果最佳,吸附率为95.4%。
pH9时,维多利亚蓝B以碱式型体存在,带负电荷,而柚子皮上的羧基和羟基团则随着pH值的增加不断荷负电荷,相同电荷不能相互吸附,所以当pH>9时吸附率下降明显。
因此,pH=7时吸附效果最佳。
2.5 粒径对吸附效果的影响取50.Omg/L维多利亚蓝B标准溶液50mL于磨口三角瓶中,用1%盐酸和0.1mol/L的氢氧化钠溶液将溶液调节pH=7。
分别加入0.1000g不同粒径(0.45,0.9,1.43,3mm)的柚子皮,20℃下恒温震荡60 min,4000 r/min离心10min后进行过滤,按照1.2分析测定方法计算吸附率,以吸附率为纵坐标,粒径为横坐标作图(见图5)。
由图5可知,当柚子皮粒径小于1.5mm时,随着粒径的增大吸附率有较明显的降低;当粒径大于1.5mm时,随着粒径的增大,吸附率变化趋向平缓。
图5中最大吸附率为95.4%,最小吸附率为84%,相差10%左右,说明在此范围内柚子皮的粒径大小对吸附效果的影响不明显,因此实际应用中不需要粉碎成细小颗粒。
在本实验中,粒径越小吸附效果越好,所以本试验用40目(0.45 mm)粒径柚子皮进行吸附试验。
2.6 吸附时间对吸附效果的影响取50.0mg/L维多利亚蓝B标准溶液50mL于磨口三角瓶中,用l%盐酸和0.1mol/L的氢氧化钠溶液将溶液调节pH=7,加入0.1000g粒径为0.45mm的柚子皮,20℃下恒温震荡5~180min,4000 r/min离心10min后进行过滤,按照1.2分析测定方法计算吸附率,以吸附率为纵坐标,时间为横坐标作图(见图6)。
由图6可知,在开始的45min内,吸附率曲线上升速率比较快,说明这个阶段染料与吸附位点相遇并结合的概率大,这是维多利亚蓝B向吸附剂表面扩散的过程,也是吸附的第一阶段;在45~60mm范围内,曲线上升趋势平缓,此时由于柚子皮内部的吸附位点减少,使吸附基本达到平衡,这是吸附的第二阶段;在60min以后,吸附率基本不变,吸附达到平衡状态,因此吸附时间确定为60min。
2.7 溶液初始浓度对吸附效果影响及等温吸附线的拟合分别取20,40,60,80,100,200,300,400,50Cmg/L的维多利亚蓝B 溶液50 mL于磨口三角瓶中,调节pH=7,加入0.1000g粒径为0.45mm的的柚子皮,20℃、30℃、40℃的不同温度条件下恒温震荡60min,4000 r/min离心10min 后进行过滤,按照1.2分析测定方法计算吸附率,以吸附率为纵坐标,维多利亚蓝B初始浓度为横坐标作图(见图7)。
由图7可知,吸附率随着溶液初始浓度的增加而增大,这是由于吸附剂表面染料浓度高,使吸附剂表面的吸附位点与染料离子接触的概率增加,这样有利于充分发挥吸附剂吸附位点的功能。
初始浓度在20~200mg/L范围内变化时,吸附率随着溶液初始浓度的增大而增大,因为染料溶液的浓度增大,染料分子在柚子皮表面内外的浓度差也相应增大,浓度差越大越有利于维多利亚蓝B大分子进入柚子皮内部,从而使柚子皮上的吸附位点更容易与染料分子结合,达到促进吸附的效果。
但当初始浓度高于200mg/L时,逐渐增大的吸附质负荷逐渐取代浓度差所带来的扩散优势,溶液初始浓度的增大反而会使吸附率下降。
在图7中,3个不同温度条件下,维多利亚蓝B的吸附率在初始浓度200mg/L时达到最大值,并且三个温度下吸附率随初始浓度的变化规律相似,所以本实验的最佳初始浓度为200mg/L,20℃、30℃、40℃的吸附曲线几乎重叠,说明温度对柚子皮吸附维多利亚蓝B效果影响不大,实验在室温条件下进行即可。
2.8 等温吸附数据根据文献.一般情况下,固体吸附剂的吸附等温曲线用Langmuir、Freundlich 和Temkin三个等温理论进行拟合,本试验用这三个等温理论分别对柚子皮吸附维多利亚蓝B的性能进行对比描述,拟合结果和相关参数见表1、表2、表3,表中ce表示吸附后维多利亚蓝B的浓度,Qe表示吸附容量,r2表示等温吸附方程的线性相关系数。
由表1可知,Langmuir等温吸附理论对吸附过程进行拟合的相关系数高于0.99,此浓度范围的吸附过程可用该理论进行描述,吸附过程符合均匀表面单分子层吸附的假设,同时该吸附过程受温度的影响不大,在3个温度条件下的最大吸附容量均在120~130mg/g范围内。
由表2可知,按Freundlich等温吸附理论拟合结果的相关系数在0.7左右,在本试验浓度范围下的拟合程度较差,因此该吸附过程不宜用Freundlich等温吸附理论进行描述。
由表3可知,柚子皮对维多利亚蓝B的吸附相关系数都达到0.85以上,30℃和40℃时系数在0.95左右。
用Temkin方程拟合的前提是吸附所用时间与吸附消耗的能量成线性负相关,吸附特点是有约束力的能量均匀分布,吸附达到了最大的结合能。
综上可知,Langmuir等温吸附理论对本实验的吸附描述比较合理,但只能应用于较低浓度的染料溶液,对较高浓度不能进行很好的描述;而Temkin 吸附等温式对较低浓度和较高浓度的吸附都能进行很好的描述,更具有一般性。