芦花对废水中染料污染物的吸附去除及回收利用的研究

柴姝名，李 静，姚静静，郭永明

(南阳师范学院，化学与制药工程学院，河南 南阳 473061)

芦花对废水中染料污染物的吸附去除及回收利用的研究

柴姝名，李 静，姚静静，郭永明*

(南阳师范学院，化学与制药工程学院，河南 南阳 473061)

研究了废弃的芦花作为吸附剂对废水中有机染料污染物的吸附去除性能及对有机染料的回收利用性能，研究了不同实验条件(如吸附时间、芦花质量、染料种类、染料浓度等)对芦花吸附性能的影响。通过实验发现了不同实验条件对芦花的吸附性能产生重要影响，芦花对阳离子有机染料的吸附性能最好，我们还发现芦花循环使用且可用于回收废水中的染料污染物。

芦花；染料污染物；废水；吸附；回收利用；研究

有机染料污染物主要来自染料行业和纺织工业，在染料的生产与使用过程中，会排放出含有有机染料的废水，这些废水色泽较深，化学需氧量高，污染较大，处理比较困难[1-3]。目前出现了许多有机染料污染物的废水处理方法或技术，如吸附法、光催化法、混凝-沉淀法、反渗透法、萃取法、气浮法、超声法、化学氧化法、焚烧法和生物化学法等[1-3]，这些方法均能很好地处理这些染料废水，在这些方法之中，利用自然界中可再生的废弃物处理染料废水是一种价廉且可再生绿色处理技术，目前已经有牡蛎壳[4]、甘蔗渣[5]、各种农作物的秸秆及废弃物[6-8]等被应用于染料废水的治理中，且取得了较好的实验结果，但是这些天然材料需要进行预处理才能使用，这些材料的预处理可能会增加材料的制备成本或产生二次污染。 因此我们急需使用天然且未经任何处理的废弃物直接治理染料废水，这样既可以降低治污成本，又可以减少二次污染，从而达到以废治废，废物综合利用，治理废水，减少水污染的目的。

芦花是禾本科植物芦苇在秋季开的花，主要生长中河边、池塘等一些湿地中，可作为药材用于止血解毒[9]，此外芦花曾经被用来编制草鞋等生活用品，随着生活水平的提高，芦花逐渐被人们遗弃。由于芦花具有毛茸茸的结构，比表面积较大，因此我们想充分利用废弃的芦花作为吸附剂能够吸附去除废水中的有机染料污染物。

本文研究了废弃的芦花作为吸附剂对废水中有机染料污染物的吸附去除及回收利用性能。该文采用的芦花是未经任何处理，操作简便，无需复杂繁琐的洗涤等步骤，我们只需把芦花放置在污水中于一段时间即可达到去污的目的，而现有的去污剂价格昂贵，我们这种去污剂零成本。该文既利用了废弃的芦花，也达到了去污的目的，同时废水中有机染料污染物也可通过芦花回收利用，具有潜在的应用价值，若该项目能够成功实施，将会产生巨大的经济效益和环境效益。

图1 芦花对水体中有机染料污染物 吸附去除及回收利用的示意图

1 实验部分

1.1 试剂

本试验采用的芦花采自南阳市白河国家湿地公园。亚甲基蓝、罗丹明B、结晶紫等均为分析纯物质。

1.2 实验仪器

紫外可见分光光度计(上海棱光技术有限公司)，90-2恒温磁力加热搅拌器(金坛市白塔新宝仪器厂)，单道手动可调移液器(5 mL和1 mL，大龙兴创实验仪器有限公司)，电子天平ME204E(梅特勒-托利多仪器上海有限公司)，台式电热恒温鼓风干燥箱DHG-2220B(郑州安元仪器有限公司)。

1.3 吸附时间对芦花吸附性能的影响研究

取3 mL浓度约为200 mg/L亚甲基蓝溶液和77 mL纯水于烧杯中配制成染料溶液，再加入80 mg芦花，将其放在搅拌器上，在室温条件下搅拌，每隔一段时间取上清液，测其在650 nm处的吸光度。

1.4 染料浓度对芦花吸附性能的影响研究

配制8 mL不同浓度(浓度分别约为6.25 ,12.5 ,18.75 mg/L)的亚甲基蓝水溶液，分别加入20 mg芦花，在室温条件下搅拌1 h后，测定溶液在650 nm处的吸光度。

1.5 芦花的质量对芦花吸附性能的影响研究

取0.5 mL浓度约为200 mg/L亚甲基蓝溶液和7.5 mL纯水，配制四个8 mL亚甲基蓝水溶液，分别加入10，20，30 ,40 mg芦花，在室温条件下，搅拌1 h后，测上清液在650 nm处的吸光度。

1.6 芦花对不同种类染料的吸附性能的研究

配制8 mL三种染料的水溶液(罗丹明B、亚甲基蓝和结晶紫)，分别加入20 mg芦花，在室温条件下搅拌1 h后，测上清液在最大吸收波长处的吸光度(罗丹明B的最大吸收波长为552 nm，结晶紫的最大吸收波长为590 nm)。

1.7 芦花在染料回收利用中的研究

取1.5 mL浓度约为200 mg/L亚甲基蓝溶液和22.5 mL纯水配制成体积为24 mL亚甲基蓝溶液，加入60 mg芦花，在室温条件下，搅拌1 h后，测上清液在650 nm处的吸光度。取出吸附亚甲基蓝的芦花放入24 mL无水乙醇中搅拌15 min，测上清液在650 nm处的吸光度。取出芦花放入烘箱中烘干后，再放入到亚甲基蓝溶液中进行吸附，如此重复3次。通过对比亚甲基蓝在乙醇溶液中的浓度研究芦花对亚甲基蓝的回收利用性能。

1.8 芦花的循环使用性能的研究

实验步骤同2.7，只是我们需要通过对比芦花吸附后的水溶液中亚甲基蓝的浓度研究芦花的循环使用性能。

1.9 芦花的红外吸收光谱测试

我们将芦花放入烘箱中彻底烘干，采用KBr压片法测定芦花的红外吸收光谱图。

1.10 芦花在实际水样中的应用

取7.5 mL湖水加入0.5 mL浓度约为200mg/L亚甲基蓝溶液，分别加入10 mg，20 mg，30 mg，40 mg芦花，在室温条件下搅拌1 h后，测上清液在650 nm处的吸光度。

2 结果与讨论

本文以亚甲基蓝为模型染料研究芦花对亚甲基蓝的吸附性能，主要采用紫外-可见分光光度计测定染料在最大吸收波长处的吸光度，通过对比吸附去除率C/C0(C为染料被吸附一定时间时的浓度，C0为染料再吸附之前的浓度，C/C0=A/A0)大小芦花对染料的吸附性能，C/C0越小，表明芦花的吸附性能越好，反之亦然。

2.1 吸附时间对吸附性能的影响研究

我们首先研究了芦花在不同吸附时间内的吸附性能，在刚开始吸附时，随着吸附时间的增加，C/C0值逐渐降低，说明芦花对亚甲基蓝的吸附率逐渐增加， 当吸附时间为60 min时，C/C0值降低到最小，即芦花对亚甲基蓝的吸附达到饱和，吸附率达到最大。当吸附时间进一步延长，C/C0值并没有明显的降低，说明芦花对亚甲基蓝的最佳吸附时间为60min(图2)。我们在后面的实验过程中，都选择60min作为芦花对染料的最佳吸附时间。

图2 在不同吸附时间下芦花对亚甲基蓝的吸附曲线图

2.2 不同质量芦花的吸附性能对比影响研究

我们接着研究了不同质量的芦花对亚甲基蓝吸附性能的影响，在实验过程中，溶液的体积为8 mL时，芦花的质量分别为10，20，30,40 mg，吸附时间为60min，不同质量的芦花对亚甲基蓝的吸附率截然不同，随着芦花质量的增加，其对染料的吸附率逐渐增加，芦花的质量越大，吸附率越大，当芦花的质量为40 mg时，其对亚甲基蓝的吸附率达到90%以上(图3)，这说明了芦花的质量对亚甲基蓝的吸附率具有非常重要的影响。

图3 不同质量的芦花对亚甲基蓝的吸附性能的柱状图。

2.3 不同浓度的染料对芦花吸附性能的影响研究

染料的浓度对芦花的吸附率也会产生重要的影响，我们配制了三个不同浓度的亚甲基蓝水溶液，向其中加入相同质量的芦花，发现亚甲基蓝的浓度越高，芦花对亚甲基蓝的吸附率越低(图4)，说明染料的浓度对芦花的吸附率也会有重要影响。

图4 芦花对不同浓度亚甲基蓝吸附性能的对比图

2.4 芦花对不同种类染料吸附性能的影响研究

我们又研究了芦花对不同种类染料的吸附性能，不同种类的染料有亚甲基蓝(MB)、结晶紫(CV)和罗丹明B(RhB)，其中亚甲基蓝和结晶紫是阳离子染料，而罗丹明B是阴离子染料，这三种染料的浓度保持一致，向三种染料的水溶液中加入的芦花质量保持一致，在吸附时间为60min时，芦花对它们的吸附率如图5所示，从图5中可知，芦花对阳离子染料具有很好的吸附率，而对阴离子染料几乎不吸附。这说明了芦花可用于吸附去除阳离子染料污染物。

蝼蛄：以成虫和若虫咬食种子，或咬断幼苗根部，特别喜食刚发芽的种子，被害部分成丝状，致使幼苗枯死。蝼蛄在土壤表层纵横穿梭，造成悬种吊根成片死亡。

图5 芦花对不同种类染料(MB：亚甲基蓝， CV：结晶紫，RhB：罗丹明B)吸附性能的对比图

2.5 芦花在染料回收利用中的研究

我们接着探索了芦花对水溶液中的亚甲基蓝的回收利用性能，用C/C0表示芦花对染料的回收率，把吸附亚甲基蓝的芦花用镊子夹出来，再放入到乙醇溶液中，搅拌10min，发现吸附在芦花上的亚甲基蓝大部分已经溶解在乙醇溶液中，再把芦花夹出来，亚甲基蓝就从废水中回收到乙醇中，然后再把乙醇蒸干就可以得到亚甲基蓝染料固体，这样亚甲基蓝就可以从废水中被回收出来。同时芦花吸附的亚甲基蓝可多次被释放到乙醇用于中，其三次的回收率均超过了35%(图6)，说明了芦花可用于多次回收利用废水中的染料污染物，这是其他天然吸附剂所不具备的一个特点。

图6 芦花对亚甲基蓝多次吸附回收性能的对比图

2.6 芦花循环使用性能的研究

又研究了芦花的循环使用性能，把在乙醇溶液中释放过亚甲基蓝的芦花收集起来并烘干，再作为吸附剂吸附去除水溶液中的亚甲基蓝，吸附完亚甲基蓝后，夹出来再放入乙醇溶液中释放亚甲基蓝，然后烘干再吸附，如此这样重复多次，研究发现芦花可循环使用多次，当芦花循环使用3次时，其对亚甲基蓝的吸附去除率仍超过90%，说明了芦花可循环使用多次，节约了治污成本(图7)。

图7 芦花对亚甲基蓝多次吸附性能的对比图

2.7 芦花对亚甲基对阳离子染料吸附机理研究

采用红外吸收光谱仪测定芦花表面的功能团，在3400 cm-1处可能是O-H的伸缩振动吸收峰，2920 cm-1处可能是C-H的伸缩振动吸收峰，而在1650 cm-1处则可指认为C=O的伸缩振动吸收峰，在1055 cm-1处可能是O-H的弯曲振动吸收峰(图8)[10-11]。以上分析结果表明芦花表明可能含有羧基，羧基与带正电荷的阳离子染料可通过静电相互吸引而产生吸附，因此芦花对阳离子染料产生特异性的吸附。

图8 芦花的红外吸收光谱图

2.8 芦花在实际水样中的应用研究

我们以湖水作为实际水样，向湖水中加入一定量的亚甲基蓝，研究不同质量的芦花对实际水样中染料的吸附性能，研究发现芦花质量越大，其对湖水中亚甲基蓝吸附性能越好，40 mg芦花对湖水中亚甲基蓝的吸附去除率超过了85%，说明了芦花可用于废水中染料的吸附去除及回收利用(图9)。

图9 不同质量芦花对湖水中亚甲基蓝吸附性能的对比图

3 结论

总之，在本文中我们研究了废弃的芦花作为吸附剂对废水中有机染料污染物的吸附去除性能及对有机染料的回收利用性能。研究了不同实验条件(如吸附时间、芦花质量、染料种类、染料浓度等)对芦花吸附性能的影响。实验结果表明：芦花对阳离子有机染料具有很好的吸附性能，其具有很快吸附动力学，在1h之内即可完成吸附，芦花的质量越大，吸附性能好，染料浓度大的吸附效果好，此外，我们还发现芦花还可用于回收废水中的有机染料，且释放染料后的芦花还可以循环使用吸附去除有机染料污染物。这些实验结果表明废弃的芦花可循环用于吸附去除废水中的阳离子有机染料污染物，且可用于废水中阳离子有机染料的回收利用，达到以废治废、治理污水、降低水污染的目的。

[1] 赵 雪,何瑾馨,展义臻. 印染废水处理技术的研究进展[J]. 能源化工, 2009, 30(2): 38-43.

[2] 朱世云, 李道棠. 有机染料废水处理研究进展[J]. 上海环境科学, 2000, 19(8): 396-398.

[3] 韩晓芳, 陈春华. 染料化工废水处理技术及其应用[J]. 环境科学与管理, 2010, 35(9): 70-73.

[4] 卢婉红, 黄晓东, 陈小丹. 牡蛎壳对染料废水吸附的研究[J]. 闽江学院学报, 2013, 34(5): 118-123.

[5] 刘 东, 廖虎辉, 喻德忠, 等. 改性甘蔗渣对染料吸附行为的研究[J]. 工业安全与环保, 2015, 41(7): 18-20.

[6] 钟倩倩, 岳钦艳, 李 倩, 等. 改性麦草秸秆对活性艳红的吸附动力学研究[J]. 山东大学学报(工学版), 2011, 41(1): 133-139.

[7] 徐仁扣, 赵安珍, 肖双成, 等. 农作物残体制备的生物质炭对水中亚甲基蓝的吸附作用[J]. 环境科学, 2012, 33(1): 142-146.

[8] 李 冰, 白文君. 秸秆对甲基紫染料吸附性能的研究[J]. 山东化工, 2012, 41(4): 7-9.

[9] 周 玲. 芦花的药用方剂[J]. 家庭医学, 2016(11): 53.

[10] Tang C Y, Huang Z, Allen H C. Interfacial water structure and effects of Mg2+ and Ca2+ binding to the COOH head group of a palmitic acid monolayer studied by sum frequency spectroscopy [J]. Journal of Physical Chemistry B, 2011, 115(1):34-40.

[11] Chen Xu, Goodman D W. Adsorption and reaction of formic acid on a pseudomorphic palladium monolayer on Mo(110)[J]. Journal of Physical Chemistry, 1996, 100(1):245-252.

(本文文献格式：柴姝名，李 静，姚静静，等.芦花对废水中染料污染物的吸附去除及回收利用的研究[J].山东化工，2017，46(12)：198-201.)

Study on Reed Catkins for AdsorptionRemoval and Recycling of Dye Pollutants in Wastewater

ChaiShuming,LiJiang,YaoJingjing,GuoYongming

(Chool of Chemistry and Pharmaceutical Engineering, Nanyang Normal University,Nanyang 473061,China)

In this paper, we studied reed catkins for adsorption removal and recycling of organic dye pollutants in wastewater. We investigated the influence of different experimental conditions (such as adsorption time, quality of reed catkins, dye species, dye concentration) on the adsorption properties of reed catkins. The results revealed that these experimental conditions exhibited great effect on the adsorption properties of reed catkins. And the adsorption properties for cationic dye were best. In addition, we found that reed catkins could be recycled for the adsorption of dye pollutants in wastewater.

reed catkins; dye pollutants; wastewater; adsorption; recycling; study

2017-04-27

南阳师范学院2016-2017学年实验(训)室开放项目(SYKF2016013)；南阳师范学院2016年度校级教学研究项目(2016-JXYJYB-01);河南省科技攻关计划项目(172102310668)；南阳师范学院专项项目(ZX2014043)

柴姝名(1996-)，女，河南焦作人，2015级化学专业本科生；通讯作者：郭永明(1986- )，河南周口人，讲师，主要从事功能纳米材料的合成和生化分析。

O57；X703

A

1008-021X(2017)12-0198-04