翁艷英 寧興鳳

摘要：研究甘蔗渣對(duì)染料廢水的凈化效果，以亞甲基藍(lán)模擬廢水作為研究對(duì)象，通過(guò)恒溫磁力攪拌的方法，結(jié)合單因素試驗(yàn)研究甘蔗渣在不同溫度、攪拌時(shí)間、甘蔗渣用量等條件下對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附效果。結(jié)果表明，甘蔗渣吸附亞甲基藍(lán)的最佳工藝條件為：在100 mL 150 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液中加入過(guò)10目篩后的細(xì)甘蔗渣3.0 g，常溫磁力攪拌吸附30 min，亞甲基藍(lán)去除率達(dá)到99.06%。

關(guān)鍵詞：甘蔗渣；亞甲基藍(lán)；磁力攪拌；去除率

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）21-5255-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.21.013

Study on the Adsorption of Methylene Blue Dye Wastewater by Bagasse

WENG Yan-ying，NING Xing-feng

（Department of Chemistry and Biology Engineering， Guangxi Colleges and Universities Key Laboratory Breeding Base of Chemistry of Guangxi Southwest Plant Resources， Guangxi Normal University for Nationalities， Chongzuo 532200， Guangxi，China）

Abstract：In order to study the purifying effect of dyestuff wastewater by bagasse， the removal rate of methylene blue was target and methylene blue solution simulated the low concentration of dye wastewater. By the study of relation between single experimental factor such as the concentration，pH and the amount of dye solution，adsorption time and temperature，particle size and dosage of bagasse etc and adsorption effect， the optimum adsorptive removal rate can be obtained： room temperature，t=30 min，solid-liquid ratio was 3∶100，C0=150 mg/L， removal rate of methylene blue with alkaline solution reaches 99.06% by fine bagasse.

Key words： bagasse； methylene blue； magnetic stirring； removal rate

近年來(lái)，農(nóng)業(yè)廢棄物的有效利用越來(lái)越受到關(guān)注[1，2]。甘蔗渣是一種重要的可再生生物質(zhì)資源，屬于甘蔗壓榨后的副產(chǎn)品，系農(nóng)業(yè)廢棄物的一種。目前甘蔗渣已廣泛應(yīng)用于造紙和廢水處理[3]。中國(guó)甘蔗主要分布于廣西、云南等，特別是廣西崇左甘蔗產(chǎn)量較大。目前對(duì)污水的處理方法有氧化或臭氧、活性炭吸附和生物膜法[4]等，但具有效率低、成本高、操作復(fù)雜等缺點(diǎn)。因此，尋找成本較低，操作簡(jiǎn)單，對(duì)染料廢水具有高效去除率的新方法具有重要意義。甘蔗渣中含有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，成分相對(duì)穩(wěn)定，可用作吸附劑[5-8]。由于甘蔗渣來(lái)源集中，將其作為吸附劑處理染料廢水，不僅降低了廢水處理的成本，而且操作簡(jiǎn)單方便。

染料廢水里含有大量的亞甲基藍(lán)、亮藍(lán)、亮黃等危害人體健康的物質(zhì)，考察甘蔗渣對(duì)不同染料廢水的吸附作用，發(fā)現(xiàn)甘蔗渣對(duì)染料的去除效果較好[9，10]。為此，以亞甲基藍(lán)模擬低濃度染料廢水為研究對(duì)象，考察從糖廠直接獲得的甘蔗渣在攪拌作用下對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附情況，以期為甘蔗渣的開發(fā)再利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)所用甘蔗渣來(lái)自廣西的崇左糖廠，烘干后置于干燥密閉容器內(nèi)保存?zhèn)溆茫粊喖谆{(lán)、95%乙醇，均屬分析純。儀器：722型可見分光光度計(jì)（上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司）；DGX-9143 BC-1型烘箱（上海?，斣囼?yàn)設(shè)備有限公司）；DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）；SHB80-2B型低速離心機(jī)（上海菲恰爾分析儀器有限公司）

1.2 方法

1.2.1 甘蔗渣吸附工藝流程 甘蔗渣吸附工藝流程見圖1。

1.2.2 亞甲基藍(lán)去除率的計(jì)算 在660 nm處采用分光光度法測(cè)定溶液吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算溶液中亞甲基藍(lán)的含量，然后根據(jù)亞甲基藍(lán)吸附前后質(zhì)量濃度計(jì)算溶液中亞甲基藍(lán)的去除率，去除率的計(jì)算公式如式（1）所示。

h=（C0-Ce）/C0 （1）

式中，h為亞甲基藍(lán)的去除率，%；Co為亞甲基藍(lán)溶液初始質(zhì)量濃度，mg/L；Ce為吸附后亞甲基藍(lán)溶液質(zhì)量濃度，mg/L。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘蔗渣顆粒度對(duì)亞甲基藍(lán)吸附效果的影響

準(zhǔn)確配制濃度為1 000 mg/L亞甲基藍(lán)溶液，稀釋成250 mg/L，分別量取100 mL該溶液，分別加入過(guò)篩后的粗、細(xì)（10目篩）兩種甘蔗渣3.0 g，30 r/min，25 ℃的恒溫?cái)嚢?0 min，離心，取上清液于660 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，計(jì)算去除率，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，在恒溫磁力攪拌的作用下，細(xì)甘蔗渣吸附亞甲基藍(lán)的效果比較好，去除率為99.15%，這主要因?yàn)榧?xì)甘蔗渣表面積大，在恒溫磁力攪拌的情況下，與溶液接觸得更加均勻，反應(yīng)更加充分，使得單位吸附量增加，去除率升高，因此本試驗(yàn)選擇采用細(xì)甘蔗渣對(duì)亞甲基藍(lán)進(jìn)行吸附試驗(yàn)。

2.2 溶液初始濃度對(duì)亞甲基藍(lán)吸附效果的影響

設(shè)置濃度為50、100、150、250、400 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液，分別加入細(xì)甘蔗渣3.0 g，固定其他條件，恒溫?cái)嚢枳饔孟驴疾斐跏紳舛葘?duì)亞甲基藍(lán)吸附效果的影響，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，隨著溶液初始濃度的增大，亞甲基藍(lán)的去除率先增大后迅速減小，約在150 mg/L處有最大值。主要原因可能是甘蔗渣吸附飽和之后，繼續(xù)增加溶液濃度，發(fā)生吸附的逆過(guò)程，導(dǎo)致去除率下降。因此，選擇150 mg/L為最佳溶液濃度。

2.3 甘蔗渣用量對(duì)亞甲基藍(lán)吸附效果的影響

設(shè)置甘蔗渣質(zhì)量分別為0.5、1.0、2.0、3.0、5.0 g，分別加入100 mL 150 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液，固定其他試驗(yàn)條件，恒溫?cái)嚢枳饔孟驴疾旄收嵩昧繉?duì)亞甲基藍(lán)吸附效果的影響，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，在亞甲基藍(lán)溶液體積、初始濃度以及吸附時(shí)間等其他吸附條件不變的前提下，當(dāng)甘蔗渣用量為0.5～2.0 g時(shí)，亞甲基藍(lán)的去除率迅速增大；當(dāng)用量為3.0～5.0 g時(shí)，變化趨于平緩，在3.0 g時(shí)出現(xiàn)了最大去除率，為98.65%。繼續(xù)增加甘蔗渣的投入量，去除率變化并不大。綜合考慮，當(dāng)亞甲基藍(lán)溶液體積為100 mL時(shí)，試驗(yàn)選擇甘蔗渣的最佳用量為3.0 g，這樣既能得到較好的吸附效果，又避免了資源浪費(fèi)。

2.4 吸附時(shí)間對(duì)亞甲基藍(lán)吸附效果的影響

設(shè)計(jì)吸附時(shí)間為10、20、30、40、50 min，固定其他試驗(yàn)條件，恒溫?cái)嚢枳饔孟驴疾煳綍r(shí)間對(duì)吸附效果的影響，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，當(dāng)溶液初始濃度為150 mg/L，溶液體積為100 mL，吸附溫度為25 ℃，恒溫磁力攪拌速度為30 r/min時(shí)，隨著吸附時(shí)間的增加，亞甲基藍(lán)的去除率先升高后降低，在30 min時(shí)出現(xiàn)了最大值，達(dá)到99.25%。因此本試驗(yàn)選擇的最佳吸附時(shí)間為30 min，這樣有利于甘蔗渣的充分吸附并且達(dá)到最好的吸附效果。

2.5 溫度對(duì)亞甲基藍(lán)吸附效果的影響

設(shè)置溫度分別為20、25、35、45、55 ℃，固定其他條件，恒溫?cái)嚢枳饔孟驴疾鞙囟葘?duì)亞甲基藍(lán)吸附效果的影響，結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，在20 ℃～55 ℃范圍內(nèi)，溫度對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附效果變化并不是很大，都能達(dá)到98.6%以上。結(jié)合實(shí)際吸附情況，本試驗(yàn)選擇常溫作為亞甲基藍(lán)的最佳吸附溫度，操作簡(jiǎn)單方便，易于控制。

2.6 溶液體積對(duì)亞甲基藍(lán)吸附效果的影響

設(shè)計(jì)150 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液體積分別為50、100、150、200、300 mL，均加入3 g甘蔗渣，固定其他試驗(yàn)條件，恒溫?cái)嚢枳饔孟驴疾烊芤后w積對(duì)亞甲基藍(lán)的影響，結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，針對(duì)3 g的甘蔗渣，當(dāng)溶液體積超過(guò)100 mL之后，吸附質(zhì)已達(dá)到飽和狀態(tài)，繼續(xù)增加溶液體積，去除率不但沒有增加，反而引起了較差的吸附效果。這可能是發(fā)生了吸附的逆過(guò)程，使得吸附效果降低。綜合考慮，對(duì)3.0 g甘蔗渣，選擇最佳溶液體積為100 mL。

2.7 pH對(duì)亞甲基藍(lán)吸附效果的影響

為了研究溶液pH對(duì)亞甲基藍(lán)吸附效果的影響，采用HCl溶液和NaOH調(diào)節(jié)溶液pH，設(shè)計(jì)pH為2、5、7、9、11，固定其他試驗(yàn)條件，結(jié)果如圖7所示。由圖7可知，在酸性條件下，甘蔗渣對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附效果較差，在堿性條件下，去除率比較高，都達(dá)到了98%以上，且較穩(wěn)定。本研究對(duì)所用的亞甲基藍(lán)溶液測(cè)定了pH，數(shù)值為8.85。因此可確定試驗(yàn)所用的顆粒度較小的甘蔗渣適合吸附堿性條件下的亞甲基藍(lán)。

綜上所述，根據(jù)以上7組單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定了在恒溫磁力攪拌作用下，顆粒度小的甘蔗渣適合堿性亞甲基藍(lán)溶液的吸附，最佳吸附條件為：細(xì)甘蔗渣3.0 g，加入100 mL初始濃度為150 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液，常溫磁力攪拌30 min。在最佳條件下，試驗(yàn)重復(fù)3次，平均去除率達(dá)到99.06%，證明該方法簡(jiǎn)便可靠。

3 小結(jié)與討論

通過(guò)恒溫?cái)嚢枳饔孟赂收嵩絹喖谆{(lán)的單因素試驗(yàn)，得到以下兩方面的結(jié)論：

一方面甘蔗渣的粗細(xì)、溶液初始濃度、甘蔗渣用量、吸附時(shí)間、吸附溫度、溶液體積、溶液pH等因素都會(huì)對(duì)甘蔗渣吸附亞甲基藍(lán)的效果產(chǎn)生影響。單因素試驗(yàn)確定的最佳工藝條件為：細(xì)甘蔗渣3.0 g，加入100 mL 150 mg/L亞甲基藍(lán)溶液，常溫磁力攪拌30 min，亞甲基藍(lán)的去除率達(dá)到99.06%。另一方面本試驗(yàn)初步研究了甘蔗渣在處理廢水中的使用價(jià)值，為繼續(xù)探究應(yīng)該如何充分利用甘蔗渣提供了一定的基礎(chǔ)，但試驗(yàn)直接采用去離子水溶解亞甲基藍(lán)粉末配制成的溶液作為模擬工業(yè)廢水，雖然消除了其他因素對(duì)吸附效果的干擾，而生活中的染料廢水里含有多種物質(zhì)，對(duì)吸附效果會(huì)產(chǎn)生一定的影響，因此有必要進(jìn)一步改進(jìn)溶液成分，以提高實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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