聚糠醛吸附亚甲基蓝的研究

（沈阳建筑大学 材料科学与工程学院， 辽宁 沈阳 110168）

聚糠醛吸附亚甲基蓝的研究

宛 美，许 峰，马健岩，王丽娟

（沈阳建筑大学 材料科学与工程学院， 辽宁 沈阳 110168）

通过聚糠醛吸附亚甲基蓝水溶液，从两个方面研究了聚糠醛对亚甲基蓝的吸附性能的影响因素，一方面是在制备聚糠醛过程中加入不同的硫酸量，另一方面是聚糠醛在不同的温度下进行煅烧。通过记录的吸附数据建立亚甲基蓝吸附量Q与加入不同硫酸量样品随时间t的变化关系并绘制成图。通过分析，结果表明加入硫酸量为50 mL制备的聚糠醛吸附亚甲基蓝的性能较好；在300 ℃煅烧下，聚糠醛吸附亚甲基蓝的性能较好。

聚糠醛；亚甲基蓝；吸附；

随着人们生活水平的不断提高，科技的不断发展，人们对石油、煤炭、天然气等不可再生资源的消耗也越来越大，然而在这些不可再生资源消耗的同时也产生了大量的废弃物、污染物，大气污染、水体污染、固体废弃物污染、生物污染、土壤污染等等环境污染问题也随之而来。在这些污染中，水体污染问题尤为突出，然而水是人类的生命之源，解决水体污染问题已是一个亟待解决的问题。在现阶段，常用的方法有絮凝、过滤、吸附、离子交换等方法。而吸附法是最常见的，此方法最常用的吸附剂有活性炭、分子筛、沸石、膨润土等无机材料。但这些材料有生产成本高、消耗量大等等在实际应用方面的缺点，使其在生产使用过程中受到了一定的约束[1-4]。

糠醛的生产以富含多缩戊糖的干蔗渣、玉米芯、稻壳等可再生的农林作物为原料,具有取之不尽、用之不竭的特点，可称作绿色环保材料。通过硫酸法可将糠醛聚合成聚糠醛，它是高分子材料，与无机材料相比，高分子材料能够更好的与吸附质相结合，从而起到更好的吸附效果。所以用聚糠醛作为吸附剂克服了传统吸附剂的缺陷，有着更好的实际应用价值，同时这也为拓宽糠醛的应用领域提供了一条新的途径[5-10]。

本文以亚甲基蓝为研究对象，应用聚糠醛对亚甲基蓝的吸附脱色进行研究，来模拟聚糠醛对染料污水的吸附作用，探索聚糠醛作为处理染料污水的一种新型吸附剂的可行性[11-16]。实验结果表明，聚糠醛对亚甲基蓝具有较好的吸附性能。

1 实验部分

1.1 试剂仪器

实验试剂：糠醛(分析纯化学试剂)，浓硫酸（10 mL/L）(分析纯化学试剂)，亚甲基蓝(分析纯化学试剂)，蒸馏水。

实验仪器：真空抽滤器，恒温电动磁力搅拌器，800型离心机，分光光度计，高温炉，电热恒温鼓风干燥箱。

1.2 实验内容

1.2.1 在制备聚糠醛过程中加入不同量的硫酸

将一100 mL烧杯置于恒温电动磁力搅拌器上，加入10 mL糠醛，并放入一转子，在已固定在铁架台上的分液漏斗中分别依次加入50、37.5、30、20 mL配制好的10 mL/L的硫酸，静置24 h后，用蒸馏水和无水乙醇洗涤至中性，放入电热恒温鼓风干燥箱（60 ℃）烘干，用玛瑙研钵研磨成粉末状，即制得4个不同的聚糠醛样品。

1.2.2 制备的不同的聚糠醛样品在不同温度下进行煅烧

将上一步骤中制备的4个聚糠醛样品分别在200、300、350 ℃高温炉中煅烧3 h。

1.2.3 亚甲基蓝标准曲线的绘制

（1）制备100 mg/L的亚甲基蓝溶液：在100 mL烧杯中装入少量蒸馏水，用天平称取0.1 g亚甲基蓝粉末，再将其倒入烧杯中溶解，然后再将其移入到1 000 mL的容量瓶中，加入蒸馏水稀释，直至1 000 mL标线。

（2）在100 mL容量瓶中用移液管分别移入5、10、20、30、40 mL亚甲基蓝标准溶液，再用蒸馏水将其全部稀释至100 mL标线处，顺指针（或逆时针）方向摇匀，再另外准备一只100 mL容量瓶装入蒸馏水至标线处，将分光光度计调制波长为664 nm处，用1 cm比色皿测定吸光度，根据记录的数据绘制标准曲线(表1，图1)。

表1 亚甲基蓝浓度与吸光度Table 1 Methylene blue concentration and absorbance

图1 亚甲基蓝标准曲线Fig.1 Methylene blue standard curve

1.2.4 吸附试验

在室温下，称取50.0 mg的样品与100 mL的烧杯中，用移液管量取50 mL浓度为10 mg/L的亚甲基蓝溶液与样品均匀混合，并将烧杯置于恒温磁力搅拌器上不断搅拌，每10 min取样用离心机离心后，取其上清液测定吸附后亚甲基蓝溶液的吸光度。按式（1）计算比吸附量Q。

式中：C0，Ct— 分别为亚甲基蓝的初始和吸附后的质量浓度，mg/L；

V — 亚甲基蓝溶液的体积，mL；

m — 样品质量，g。

1.2.5 吸附动力学研究

根据1.2.4实验中计算得出的吸附量Q，绘制时间t与吸附量Q的对数（ln）曲线，从而得出吸附动力学曲线。

2 结果与讨论

2.1 硫酸加入量对聚糠醛吸附性能的影响

图2 亚甲基蓝吸附量Q与加入不同硫酸量样品随时间t的变化关系Fig.2 Change of methylene blue adsorption quantity Q with sulfuric acid dosage over time t

按实验方法1.2.4进行操作，将记录的数据按照未经煅烧（图1）、煅烧300 ℃（图2）、350 ℃（图3）、200 ℃（图4）分成4组，绘制成吸附量Q与硫酸加入量随时间t的变化关系图。图1中，4个样品都随着时间t增加吸附量Q不断增加，后达到吸附平衡，而50 mL样品吸附量最大，吸附量Q大致在238 mg左右。图2中，4个样品随着时间t的增加吸附量Q先增加后有所减少，但一直维持在230 mg左右。图3中，50 mL和37.5 mL样品在10 min以后，随着时间t的增加吸附量Q先是有细微的下降趋势但后达到吸附平衡，吸附量Q稳定在230 mg左右。图4中，除20 mL样品外，其它3个样品都处于上升趋势后达到吸附平衡，但只有50 mL样品的吸附量Q一直在220 mg以上，最后达到吸附平衡，吸附量Q为229 mg左右。综上所述，硫酸加入量为50 mL制得的聚糠醛吸附效果最好。曲线会出现先上升后下降的趋势是由于刚开始吸附时，吸附剂的表面基本都是空着的，吸附量Q会不断增加，随着吸附反应的进行，吸附量Q达到一定程度，此时吸附剂表面的空穴大部分已被占据，甚至会释放一些吸附质，所以吸附量Q会有所下降。加入硫酸量50 mL制得的聚糠醛样品最好是因为加入50 mL硫酸时，10 mL的糠醛试剂能够完全聚合，剩余的硫酸作为催化剂加快了聚合反应的进行并使反应进行的更完全。

2.2 温度对聚糠醛吸附性能的影响

由以上4张图可见，只有图2中4个样品的吸附量Q一直处于180 mg以上，吸附平衡时，吸附量都在230 mg左右。因此在300 ℃高温下进行煅烧制得的聚糠醛吸附性能比较好。这主要是因为通过高温烧制，聚糠醛表面形成大小不同的孔隙，并且孔隙表面结构出现不完整性，而在300 ℃时，聚糠醛的不饱和键完全断裂，聚糠醛有最大的孔隙率，聚糠醛内部的孔隙有较大的比表面积对亚甲基蓝进行吸附，随着时间的推移，这些孔隙对吸附质的吸附逐渐达到饱和状态，吸附质很难被吸附到聚糠醛表面上，吸附量也开始减小，最终达到吸附平衡。而温度高于300 ℃，样品出现碳化现象，所以吸附量Q会大大下降如图2；温度低于300 ℃，聚糠醛中的不饱和键不能够完全断裂，孔隙率很低，糠醛内部的比表面积也较小，所以对亚甲基蓝的吸附量Q也较小。

2.3 降解动力学研究与分析

从以上4个图可以看出聚糠醛对亚甲基蓝的吸附作用分为两个阶段，0～10 min内，聚糠醛与亚甲基蓝刚刚接触，这时为快速吸附过程；10 min以后，吸附速度大大下降，最后趋于吸附平衡。聚糠醛对亚甲基蓝的吸附作用，参照Lagergren吸附方程。

Lagergren一级动力学方程表达式：

Lagergren二级动力学方程表达式：

式中：Qt— 任意时刻t吸附量，mg/g；

Qe— 平衡吸附量，mg/g；

k1— 一级吸附速率常数，g/mg-1min-1；

k2— 二级吸附速率常数，g/mg-1min-1；

t — 吸附时间，min。

表2中是在不同条件下，聚糠醛吸附亚甲基蓝的动力学描述，不难看出，一级线性拟合时，相关系数R12值都在0.90附近；而二级线性拟合时，相关系数R22值都在0.97附近，接近于1，所以二级方程的线性相关性更好。即二级动力学方程能更好的描述出聚糠醛对亚甲基蓝的吸附行为。

表2 吸附动力学参数拟合Table 2 Adsorption kinetic parameters fitting

3 结 论

加入硫酸量为50 mL制得的聚糠醛吸附亚甲基蓝的性能比加入其它硫酸量制得的聚糠醛吸附亚甲基蓝的性能要好; 300 ℃高温下进行煅烧制得的聚糠醛吸附亚甲基蓝比在其他温度下和未经煅烧制得的聚糠醛吸附亚甲基蓝的性能要好。

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Research on Adsorption Performance of Poly Furfural for Methylene Blue

WAN Mei, XU Feng, MA Jian-yan, WANG Li-juan
（School of Materials Science and Engineering, Shenyang Jianzhu University, Liaoning Shenyang 110168，China）

Factors affecting adsorption performance of poly furfural for methylene blue were studied from two aspects including sulfuric acid dosage in the preparation process of poly furfural and calcination temperature of poly furfural. By recording the adsorption data, change relationship between methylene blue adsorption quantity Q with adding sulfuric acid dosage over time was established. The analysis results show that，when sulfuric acid dosage is 50 mL and calcination temperature of poly furfural is at 300 ℃，adsorption performance of prepared poly furfural for methylene blue is the best.

Poly furfural; Methylene blue; Adsorption

TQ 215

： A

： 1671-0460（2014）04-0506-03

2013-11-07

宛美（1988-），女，辽宁沈阳人，硕士，2014年毕业于沈阳建筑大学，研究方向：高分子功能材料。E-mail：wanmeiperfect@126.com。