改性柚子皮对碱性品红的吸附研究

郑苗苗，张 梅，陆伟琼，洪晓晖，欧栩荣，方小萍



改性柚子皮对碱性品红的吸附研究

郑苗苗，张 梅，陆伟琼，洪晓晖，欧栩荣，方小萍

（闽江学院 化工与材料系，福建 福州 350108）

以NaOH对柚子皮进行改性，制备改性柚子皮生物吸附剂，采用静态吸附、分光光度法考察吸附剂投入量等因素对染料水溶液中碱性品红吸附效果的影响。结果表明：当改性柚子皮投加量0.09 g，吸附时间35 min，碱性品红初始浓度为25 mg·L-1，pH为4，温度为45 ℃时，吸附率达到88.52%，比改性前提高了57.86%。

柚子皮；改性；碱性品红；吸附

染料废水成分复杂，有机物含量高，酸碱性强、难降解，是国内外公认的污染严重且难处理的废水之一[1]。目前印染废水处理的方法有Fenton试剂法、电化学法、吸附法、混凝沉淀法、光催化降解法等[2]。其中吸附法工艺简单、投资少、处理量大，能选择性地吸附某些化合物，尤其适合难生化降解的染料废水的脱色处理[3]。农业废弃物如甘蔗渣、花生壳、芦苇、玉米杆等，因其资源丰富、价廉，表面积大，富含纤维素等特点，被用作吸附材料的载体，用其处理染料废水的研究已经多有报道[4-5]。

柚子是我国南方主要的水果之一，而柚子皮约占柚子全重的50%左右，如果直接丢弃，将造成极大浪费[6]。柚子皮内部白色絮状层中的纤维 素和半纤维素含有大量的亲水性基团，表面积大，具有良好的吸附性能[7]。本文以柚子皮为材料，研究改性柚子皮作为生物吸附剂，对染料废水中的碱性品红的吸附性能，为柚子皮处理染料废水，以废治废提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

材料：本试验选用福建所产柚子的果皮，洗净，去除黄色表皮，切成1 cm左右小块，蒸馏水浸泡，置烘干箱60 ℃烘干至恒重，粉碎，过40-60目筛，置于干燥器中备用。碱性品红、氢氧化钠、无水乙醇等试剂均为分析纯。

仪器：85-2恒温磁力搅拌器、UV-1240数显紫外分光光度计、TDL80-2B型台式离心机、BSA224S电子分析天平、HH-4智能数显恒温水浴锅、SHZ-DIII循环水真空泵、PHS-3C台式酸度计、SHA-C数显恒温水浴恒温振荡器、NEXUS8傅立叶红外光谱仪等。

1.2 实验方法

1.2.1 改性柚子皮的制备

准确称取40-60目筛取的柚子皮40 g置于1 000 ml烧杯中，加入800 ml 1 mol·L-1的NaOH溶液，用磁力搅拌器搅拌加热至30 ℃。用去离子水洗至中性，抽滤，将样品置于60 ℃烘干箱中烘干至恒重，得到NaOH改性柚子皮吸附剂。

1.2.2 吸附率测定

取一定质量改性柚子皮吸附剂置于100 mL具塞锥形瓶中，加入50 mL一定浓度的碱性品红溶液，调节一定的pH值，置于水浴恒温振荡器中匀速振荡一定时间，取上清液离心，用紫外分光光度法在543 nm处测定溶液的吸光值。根据标准曲线计算吸附后溶液中碱性品红染料的质量浓度，吸附率按以下公式计算：

吸附率=[(0-e)/0]×100%

式中，0和e为碱性品红染料的初始和吸附后溶液的质量浓度（mg·L-1），试验重复3次。

2 结果与分析

2.1 柚子皮投加量对吸附效果的影响

图1 柚子皮投入量对吸附率的影响

从图1可以看出，随着改性柚子皮吸附剂投入量增加，对碱性品红的吸附率增大，当柚子皮的用量增加到0.09 g时，碱性品红的吸附率达到86.94%。这可能是随着吸附剂投加量的增加，参与吸附的官能团数目及有效吸附面积增大。继续增加投入量，吸附率基本趋于稳定，可能是因为当柚子皮投加量增加到一定程度时，有效吸附接触面积不再增加，且碱性品红溶液浓度一定，吸附达到平衡时，吸附率增加趋缓。因此柚子皮吸附剂最佳投加量为0.09 g。

2.2 柚子皮吸附时间对吸附效果的影响

图2 吸附时间对吸附率的影响

由图2可知，在反应10~20 min内吸附曲线趋势上升明显，说明该时间阶段柚子皮吸附速率大，为吸附染料扩散到柚子皮吸附剂表面的过程。在20~35 min内曲线上升变缓，当到达35 min吸附达到基本平衡，再延长吸附时间，对吸附率的影响也不大。这说明，在其他条件固定不变时，最适吸附时间为35 min。

2.3 溶液初始浓度对吸附效果的影响

图3 初始浓度对吸附率的影响

由图3可知，在一定的吸附条件下，碱性品红溶液初始浓度在5~25 mg·L-1变化时，吸附率增大，这是因为柚子皮内外表面与碱性品红溶液的浓度差增大，有利于碱性品红溶液分子向柚子皮内外表面的孔隙扩散，从而加快吸附速率。当初始浓度大于25 mg·L-1时，吸附率不再增加反而呈现略有下降趋势，可能是柚子皮吸附量已经达到饱和，因此，最适合的初始浓度为 25 mg·L-1。

2.4 溶液pH值对吸附效果的影响

图4 pH对吸附率的影响

从图4可以看出，吸附率随pH的增大呈现先升后降的趋势，当pH为4时，吸附效果最好达到80.64%。碱性品红水溶液带正电荷，柚子皮表面纤维素中的羰基所带负电荷会随pH增大而增多，从而为阳离子的染料提供更多的吸附位点。当pH>7时，碱性品红会和NaOH发生络合反应，导致颜色变浅，影响实验，所以pH>6时，吸附率明显下降。

2.5 反应温度对吸附效果的影响

由图5可知，在相同的反应时间下，柚子皮的吸附率先随着反应温度的升高逐渐增大，当反应温度到达45 ℃时，吸附率达到最高，而后随温度上升吸附率开始下降。可能是由于温度升高让碱性品红溶液分子活性增加，粒子运动加剧，解吸能大于吸附能，不利于柚子皮表面对碱性品红分子的吸附。

图5 反应温度对吸附率的影响

3 结论

用NaOH改性柚子皮作为吸附剂能有效去除废水中的碱性品红。其吸附过程受吸附剂投入量、碱性品红初始浓度、吸附时间、温度、pH等因素影响。当改性柚子皮投加量0.09 g，吸附时间35 min，碱性品红初始浓度25 mg·L-1，pH为4，温度为45 ℃时，改性吸附剂的吸附率达到88.52%，比改性前提高了57.86%。

[1] 奚旦立,马春燕.印染废水的分类,组成及性质[J].印染, 2010,(14):51-53.

[2] 郭理想,阮海兴,陈伟东.染料废水处理技术方法的研究[J].化工管理,2016,10(2):210-213.

[3] 蒋红梅,钟来进,卢爱民.丝光改性竹笋皮对亚甲基蓝的吸附研究[J].南京农业大学学报,2014,37(4):163-169.

[4] 腾涛,易诚,刘宁辉.改性稻草秸秆对亚甲基蓝的生物吸附性能及其热力学分析[J].江苏农业学,2016,32(2): 467-471.

[5] 马戎,曾琼.3,4-二羟基苯甲醛改性壳聚糖吸附Cu2+性能的研究[J].唐山师范学院学报,2017,39(5):13-16.

[6] 徐长绘,郭长青,姜师.柚子皮对染料废水的脱色及吸附研究[J].印染助剂,2015,32(3):23-26.

[7] 黄冬兰,赵奎霞,关智杰,等.柚子皮皂化交联改性及其对水溶液中Cu2+[J].食品工业科技,2015,36(10):225- 228.

Study on the Adsorption of Basic Magenta by Modified Pomelo Peel

ZHENG Miao-miao, ZHANG Mei, LU Wei-qiong, HONG Xiao-hui, OU Xu-rong, FANG Xiao-ping

(Department of Chemical Engineering and Materials, Minjiang University, Fuzhou 350108, China)

NaOH solution was used to modify the pomelo peel as the raw material. The effects of the amount of the adsorbent, the adsorption time, the initial concentration of basic magenta, the initial pH and the adsorption temperature on the adsorption of basic magenta in aqueous solutions were discussed using static adsorption method. The experimental results showed that the five conditions were the best when the amount of adsorbent was 0.09 g, the adsorption time was 35 min, the initial concentration of dye was 25 mg·L-1, the initial pH of the dye was 4, and the adsorption temperature was 45 ℃. The adsorption rate of modified pomelo peel was 88.52%, which was 57.86% higher than that before modification.

pomelo peel; modified; basic magenta; adsorption

X703

A

1009-9115(2018)06-0031-03

10.3969/j.issn.1009-9115.2018.06.006

福建省中青年教师教育科研项目（JAT170452），福建省级大学生创新训练计划项目（201710395029）

2018-01-02

2018-01-21

郑苗苗（1997-），女，福建福鼎人，本科生，研究方向为天然产物化学。

张梅（1978-），女，福建永安人，博士，副教授，研究方向为天然产物化学。

（责任编辑、校对：琚行松）