农作物残体制备的生物质炭对水中亚甲基蓝的吸附作用

徐仁扣，赵安珍，肖双成，等

目的：印染行业排放的废水中含有染料等污染物，处理不当会污染水环境。亚甲基蓝是水溶性染料的代表性化合物，是一种广泛使用的阳离子染料。另一方面，农作物秸秆等农业废弃物数量大、处置困难，露天焚烧加重大气污染。为研发廉价、高效的印染废水净化技术，研究了由农业废弃物制备的生物质炭对亚甲基蓝的吸附作用，结果可为通过吸附方法去除印染废水中的亚甲基蓝提供技术支持。方法：稻草、稻壳、大豆秸秆和花生秸秆在 350℃下厌氧加热制备生物质炭，测定了生物质炭的 pH、比表面积、阳离子交换量（CEC）和zeta电位和表面官能团数量。用批平衡实验研究了生物质炭对亚甲基蓝的吸附等温线和溶液pH对吸附容量的影响，用柱淋溶实验研究了生物质炭对溶液中亚甲基蓝的去除效果。结果：结果表明，生物质炭表面含丰富的含氧官能团、CEC较高，除稻壳炭外，其他3种生物质炭均呈碱性。生物质炭对亚甲基蓝有很高的吸附容量，但不同生物质炭之间存在较大差异，4种生物质炭吸附亚甲基蓝的大小顺序为：稻草炭＞大豆秸秆炭＞花生秸秆炭＞稻壳炭，这一顺序与生物质炭的比表面积和CEC大小基本一致，说明生物质炭表面负电荷越多、比表面积越大，越有利于亚甲基蓝的吸附。进一步研究表明，在 pH4.0～8.5范围内亚甲基蓝的吸附量基本不随 pH的改变而变化，而随介质离子强度的增加而增加，且亚甲基蓝吸附导致生物质炭的 Zeta电位向正值方向位移，这些结果说明亚甲基蓝与生物质炭表面发生了专性相互作用。等温拟合结果表明，亚甲基蓝的吸附符合Langmuir等温线，拟合的相关系数（R2）在0.989～0.949之间，拟合效果较好，可以用Langmuir方程描述生物质炭对亚甲基蓝的吸附，拟合获得的亚甲基蓝的最大吸附量Qm在 89.3～196.1 mmol×kg－1之间，稻草炭的Qm最大，稻壳炭Qm的最小，前者是后者的2.2倍。拟合获得的与吸附强度有关的K值的大小顺序为：稻草炭＞花生秸秆炭＞大豆秸秆炭＞稻壳炭，说明亚甲基蓝在稻草炭表面不仅吸附量最高，其吸附强度也最大，而稻壳炭正好相反。淋溶实验表明，156 g稻壳炭可以将30 L含0.3 mmol×L－1亚甲基蓝的水中的该染料几乎全部除去，累积吸附量达57.7 mmol×kg－1。结论：由农业废弃物经厌氧热解制备的生物质炭对亚甲基蓝有很高的吸附容量，可有效去除水体中亚甲基蓝等阳离子染料。4种生物质炭吸附亚甲基蓝的大小顺序为：稻草炭＞大豆秸秆炭＞花生秸秆炭＞稻壳炭，稻草炭的去除亚甲基蓝的效果最好。亚甲基蓝在生物质炭表面主要发生专性吸附，可以用 Langmuir方程描述生物质炭对亚甲基蓝的等温吸附行为。其他：生物质炭为生物质燃料，吸附染料后的生物质炭可以通过焚烧进行进一步处置，不产生二次污染。本研究也为农作物秸秆等农业废弃物的处置提供新途径。

来源出版物：环境科学, 2012, 33(1): 142-146

入选年份：2015