黃酒糟對(duì)活性艷紅和亞甲基藍(lán)的吸附性能

彭 娜，王開峰，涂常青，黎 忠

(1.嘉應(yīng)學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，廣東 梅州 514015;

2.中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司 水環(huán)境與生態(tài)修復(fù)研究所，廣東 廣州 510610)

黃酒糟對(duì)活性艷紅和亞甲基藍(lán)的吸附性能

彭 娜1，王開峰1，涂常青1，黎 忠2

(1.嘉應(yīng)學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，廣東 梅州 514015;

2.中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司 水環(huán)境與生態(tài)修復(fù)研究所，廣東 廣州 510610)

采用黃酒糟對(duì)模擬染料廢水中的活性艷紅和亞甲基藍(lán)進(jìn)行吸附。在染料初始質(zhì)量濃度100 mg/L、黃酒糟加入量10 g/L、吸附時(shí)間2 h的條件下，當(dāng)活性艷紅廢水初始pH為2.0～10.0時(shí)，黃酒糟對(duì)活性艷紅的吸附率為94.0% ～95.7%;當(dāng)亞甲基藍(lán)廢水初始pH為11.0～12.0時(shí)，黃酒糟對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附率約為90.6%。動(dòng)力學(xué)研究表明，黃酒糟對(duì)染料的吸附過程符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。使用Langmuir和Redlich－Peterson吸附方程可較好地?cái)M合黃酒糟對(duì)兩種染料的吸附，活性艷紅的飽和吸附量為49.1 mg/g，亞甲基藍(lán)的飽和吸附量為7.85 mg/g。

生物吸附劑;黃酒糟;活性艷紅;亞甲基藍(lán);吸附;廢水處理

我國(guó)紡織印染行業(yè)是工業(yè)廢水排放的大戶，廢水量占工業(yè)廢水排放總量的35%左右［1］。受印染廢水污染的水體透光量減少，影響水生植物的光合作用;有些染料或其降解產(chǎn)物有毒，嚴(yán)重威脅水生動(dòng)植物和人類的健康。近些年，一些生物材料被用作吸附劑以吸附去除廢水中的染料，如殼聚糖［2］、稻殼、麩皮［3］、蘋果渣、小麥秸稈［4］、茶葉渣［5］及柚子皮［6］等。黃酒糟是南方黃酒企業(yè)的主要副產(chǎn)物，年產(chǎn)10 kt黃酒的企業(yè)每年約產(chǎn)生酒糟727 t［7］。目前黃酒糟主要用作飼料，但也有一部分直接廢棄掉，既浪費(fèi)了資源，也影響了環(huán)境。

本工作選用廉價(jià)且當(dāng)?shù)匾椎玫狞S酒糟作為生物吸附劑，分別以活性艷紅和亞甲基藍(lán)染料為處理對(duì)象，研究了模擬染料廢水初始pH、吸附劑加入量對(duì)吸附效果的影響，探討了黃酒糟對(duì)染料的吸附機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑、材料和儀器

實(shí)驗(yàn)用試劑均為分析純。

用蒸餾水將酸、堿性染料——活性艷紅和亞甲基藍(lán)分別配成質(zhì)量濃度為1 000 mg/L的貯存液，備用。

實(shí)驗(yàn)用黃酒糟取自當(dāng)?shù)攸S酒生產(chǎn)企業(yè)，將其用蒸餾水洗凈后在80℃烘箱中烘干至恒重，粉碎，過篩，得到平均粒徑為1.0 mm的顆粒。

TGL－16C型高速離心機(jī):上海安亭科學(xué)儀器廠;755B型紫外－可見分光光度計(jì):上海精密科學(xué)儀器廠;AVATAR型傅里葉變換紅外光譜儀:美國(guó)尼克萊設(shè)備公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

分別將一定質(zhì)量濃度的活性艷紅模擬染料廢水和亞甲基藍(lán)模擬染料廢水用稀HC1或稀NaOH溶液調(diào)至一定pH，加入一定量的黃酒糟。于25℃下以130 r/min的轉(zhuǎn)速振蕩吸附一定時(shí)間。用高速離心機(jī)以10 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心后取上清液進(jìn)行分析。

1.3 分析方法

采用紫外－可見分光光度計(jì)分別于538 nm和663 nm處測(cè)定活性艷紅和亞甲基藍(lán)模擬染料廢水的吸光度，計(jì)算活性艷紅和亞甲基藍(lán)的質(zhì)量濃度、吸附率和吸附量。采用紅外光譜儀對(duì)黃酒糟進(jìn)行紅外光譜分析。按照文獻(xiàn)［8］測(cè)定黃酒糟的等電點(diǎn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 黃酒糟的紅外光譜分析

黃酒糟的紅外光譜譜圖見圖1。由圖1可見:黃酒糟的紅外光譜譜圖有一系列的吸收峰，顯示了黃酒糟的復(fù)雜特性;在3 419 cm－1處附近的明顯吸收峰是O—H的振動(dòng)吸收，說明黃酒糟中有大量羥基存在;在2 919 cm－1處有飽和烴的C—H伸縮振動(dòng);在1 734 cm－1和1 635 cm－1附近為 C—O 伸縮振動(dòng)，說明黃酒糟中含有羰基。

2.2 模擬染料廢水初始pH對(duì)吸附率的影響

在黃酒糟加入量10.0 g/L、染料初始質(zhì)量濃度100 mg/L、吸附時(shí)間2 h的條件下，模擬染料廢水初始pH對(duì)吸附率的影響見圖2。由圖2可見:模擬染料廢水初始pH為2.0～10.0時(shí)，黃酒糟對(duì)活性艷紅的吸附率較高，為94.0% ～95.7%，而對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附率僅為27.1% ～48.3%;模擬染料廢水初始pH升至11.0～12.0時(shí)，黃酒糟對(duì)活性艷紅的吸附率明顯下降，而對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附率則迅速增至90.6%并趨于穩(wěn)定。

圖1 黃酒糟的紅外光譜譜圖

圖2 模擬染料廢水初始pH對(duì)吸附率的影響

兩種染料在不同pH范圍的吸附差異與黃酒糟表面電荷性質(zhì)和染料離解后所帶電荷性質(zhì)有關(guān)。經(jīng)測(cè)定，黃酒糟的等電點(diǎn)約為4.5，同時(shí)黃酒糟作為兩性物質(zhì)［9］加入溶液中可起到緩沖溶液pH的作用［10］，使吸附平衡pH靠近等電點(diǎn)。不同模擬染料廢水初始pH條件下的吸附平衡pH見圖3。由圖3可見:在模擬染料廢水初始pH為2.0～10.0時(shí)，兩種染料的吸附平衡pH為2.4～4.4，均低于黃酒糟等電點(diǎn)，此時(shí)黃酒糟表面帶正電，有利于吸附帶負(fù)電荷的活性艷紅，而對(duì)帶正電荷的亞甲基藍(lán)吸附能力較低;當(dāng)模擬染料廢水初始 pH為11.0～12.0時(shí)，吸附平衡pH高于黃酒糟等電點(diǎn)，對(duì)兩種染料的吸附規(guī)律則與低模擬染料廢水初始pH時(shí)相反。

2.3 黃酒糟加入量對(duì)吸附效果的影響

圖3 不同模擬染料廢水初始pH條件下的吸附平衡pH

圖4 黃酒糟加入量對(duì)吸附率的影響

在染料初始質(zhì)量濃度100 mg/L、吸附時(shí)間2 h、活性艷紅廢水初始pH 6.0、亞甲基藍(lán)廢水初始pH 6.6的條件下，黃酒糟加入量對(duì)吸附率的影響圖4。由圖4可見:在黃酒糟加入量為1.0～7.5 g/L時(shí)，活性艷紅和亞甲基藍(lán)的吸附率均隨著黃酒糟加入量的增加而增加，這是因?yàn)辄S酒糟加入量的增加使吸附表面積增大、吸附官能團(tuán)增多，吸附率提高;黃酒糟加入量為10.0～20.0 g/L時(shí)，吸附率隨吸附劑加入量的增加變化不明顯。這是由于，溶液中的吸附質(zhì)濃度逐漸降低，吸附質(zhì)擴(kuò)散至吸附劑表面并被吸附的驅(qū)動(dòng)力減小，而解吸的趨勢(shì)逐漸增大;過量的吸附劑聚集使吸附劑的有效表面積增加有限;過量的吸附劑顆粒間參與吸附的相鄰活性基團(tuán)彼此干擾［11］。

2.4 吸附動(dòng)力學(xué)

在染料初始質(zhì)量濃度100 mg/L、黃酒糟加入量10.0 g/L、活性艷紅廢水初始 pH 6.0、亞甲基藍(lán)廢水初始pH 6.6的條件下，研究黃酒糟對(duì)活性艷紅和亞甲基藍(lán)的吸附動(dòng)力學(xué)。擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程和擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程分別見式(1)和式(2)。吸附動(dòng)力學(xué)參數(shù)見表1。

式中:qt為t時(shí)刻的吸附量，mg/g;qe為平衡時(shí)的吸附量，mg/g;t為吸附時(shí)間，min;k1為擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)吸附速率常數(shù)，min－1;k2為擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)吸附速率常數(shù)，mg/(g·min)。

表1 吸附動(dòng)力學(xué)參數(shù)

吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，黃酒糟對(duì)活性艷紅的吸附經(jīng)過10 min后基本達(dá)到平衡，對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附在30 min后即達(dá)到平衡。如此快速地達(dá)到吸附平衡說明黃酒糟對(duì)染料的吸附過程是以物理吸附為主。由表1可見，黃酒糟對(duì)活性艷紅和亞甲基藍(lán)的吸附更符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型包含了吸附的所有過程，如外部液膜擴(kuò)散、表面吸附和顆粒內(nèi)部擴(kuò)散等［12］，能夠更真實(shí)地反映染料在黃酒糟上的吸附機(jī)理。

2.5 吸附等溫線

吸附等溫線描述了吸附質(zhì)與吸附劑之間的相互作用機(jī)理。為了準(zhǔn)確描述黃酒糟對(duì)活性艷紅和亞甲基藍(lán)的吸附性質(zhì)，尋找符合吸附平衡的最佳方程，采用3種理論吸附模型對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合。Langmuir吸附方程是使用最廣泛的雙參數(shù)方程，已成功應(yīng)用于許多單分子層的實(shí)際吸附，其吸附方程見式(3)。Freundlich吸附方程是雙參數(shù)經(jīng)驗(yàn)方程，主要用于描述異質(zhì)性體系的吸附，其吸附方程見式(4)。Redlich－Peterson吸附方程結(jié)合了Langmuir和Freundlich吸附方程，具有3個(gè)吸附參數(shù)，廣泛用于吸附性質(zhì)介于Langmuir和Freundlich之間的吸附情況，其吸附方程見式(5)?；钚云G紅和亞甲基藍(lán)的吸附等溫線分別見圖5和圖6。

式中:ρe為吸附平衡時(shí)的染料質(zhì)量濃度，mg/L;qm為吸附劑飽和吸附量，mg/g;KL，KF，KR，α 為吸附常數(shù);n和β為異質(zhì)因子。

圖5 活性艷紅吸附等溫線

圖6 亞甲基藍(lán)吸附等溫線

由圖 5和圖 6可見，Langmuir和 Redlich－Peterson吸附方程均能較好地?cái)M合黃酒糟對(duì)兩種染料的吸附;通過Langmuir方程計(jì)算得出黃酒糟對(duì)活性艷紅的飽和吸附量為49.1 mg/g，對(duì)亞甲基藍(lán)的飽和吸附量為7.85 mg/g。由此推測(cè)黃酒糟對(duì)活性艷紅和亞甲基藍(lán)的吸附為單層吸附。黃酒糟對(duì)活性艷紅的吸附能力均高于粉末活性炭(飽和吸附量為23.9 mg/g)［13］及由剩余污泥制得的生物吸附劑(飽和吸附量為15 mg/g)［14］，達(dá)到了微生物吸附劑如煙曲霉的吸附水平(飽和吸附量為46.8 mg/g)［15］。

3 結(jié)論

a)采用黃酒糟對(duì)模擬染料廢水中的活性艷紅和亞甲基藍(lán)分別進(jìn)行吸附。在染料初始質(zhì)量濃度100 mg/L、黃酒糟加入量10 g/L、吸附時(shí)間2 h的條件下，當(dāng)活性艷紅廢水初始pH為2.0～10.0時(shí)，黃酒糟對(duì)活性艷紅的吸附率為94.0% ～95.7%;當(dāng)亞甲基藍(lán)廢水初始pH為11.0～12.0時(shí)，黃酒糟對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附率約為90.6%。

b)黃酒糟對(duì)活性艷紅和亞甲基藍(lán)的吸附在10～30 min達(dá)到平衡。動(dòng)力學(xué)研究表明黃酒糟對(duì)染料的吸附過程符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。

c)分別采用 Langmuir、Freundlich和 Redlich－Peterson 3種理論吸附模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:Langmuir和Redlich－Peterson吸附方程均能較好地描述黃酒糟對(duì)兩種染料的吸附;通過Langmuir方程計(jì)算得出黃酒糟對(duì)活性艷紅的飽和吸附量為49.1 mg/g，對(duì)亞甲基藍(lán)的飽和吸附量為7.85 mg/g。

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Adsorption Capability of Rice Wine Lees to Reactive Brilliant Red and Methylene Blue

Peng Na1，Wang Kaifeng1，Tu Changqing1，Li Zhong2

(1.College of Chemistry and Environment，Jiaying University，Meizhou Guangdong 514015，China;
2.Institute of Water Environment and Ecological Restoration，China Water Resource Pearl Rive Planning Surveying and Designing Co.Ltd.，Guangzhou Guangdong 510610，China)

Reactive brilliant red and methylene blue in the simulated dye wastewater were adsorbed using rice wine lees.Under the conditions of initial dye mass concentration 100 mg/L，adsorbent dosage 10 g/L and adsorption time 2 h，the adsorption rate of reactive brilliant red is 94.0% －95.7%when the initial pH of the reactive brilliant red wastewater is 2.0 －10.0，and the adsorption rate of methylene blue is about 90.6%when the initial pH of the methylene blue wastewater is 11.0 －12.0.The kinetics study results indicate that the adsorptions of dyes on rice wine lees accord with the pseudosecond-order kinetics equation.Langmuir model and Redlich-Peterson isotherm model can fitly describe the two adsorptions.The saturated adsorption capacity to reactive brilliant red is 49.1 mg/g and that to methylene blue is 7.85 mg/g.

biological adsorbent;rice wine lees;reactive brilliant red;methylene blue;adsorption;wastewater treatment

TQ 116.2

A

1006－1878(2011)05－0464－05

2011－03－18;

2011－05－10。

彭娜(1978—)，女，湖南省婁底市人，碩士生，研究方向?yàn)榄h(huán)境污染與治理。電話 0753－2186853，電郵pengna12@163.com。

廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2008B030302003)。

(編輯 王 馨)