蛋壳膜对刚果红80的吸附性能

梁春华，李 荡

（凯里学院大健康学院，贵州凯里 556011）

在水净化领域，化合物的国际标准限量值越来越低，工业废水处理迫在眉睫。染料生产、纺织、造纸工业等都会产生废水，已经成为典型且有挑战性的问题。大量事实表明，工业废水中含有严重危害水生生物的致癌物质，在废水排放前必须去除或尽量减少这些物质。去除废水中有机污染物的方法有纳米光催化［1］、电化学［2］和吸附法［3］等。吸附法由于处理成本低、操作简单、可利用性强和处理浓度较宽［4-5］，是一种很好的废水处理技术；活性炭应用广泛，但费用高、再生和用后处理难［6］。因此很多研究已使用一些低成本和易生物降解的物质作为吸附剂。已有大量研究使用天然物质（如橘子皮、香蕉皮、豆皮［7-8］等）去除染料［9］，本研究主要探讨蛋壳膜作为吸附剂去除水溶液中的刚果红80。

1 实验

1.1 材料和仪器

刚果红80（DR80，湖南汇百侍生物科技有限公司），蛋壳（ESM，蛋糕店）；TU-1800PC 紫外-可见分光光度计，Zeiss扫描电镜。

1.2 蛋壳膜的制备

蛋壳用自来水冲洗后，用双重蒸馏水洗涤，浸入25%的乙酸溶液中溶解。蛋壳内膜用刚蒸馏的双重蒸馏水清洗至不显酸性，40 ℃下烘24 h，干膜碾碎，筛分至小于0.125 mm。

1.3 吸附实验

取0.05～0.40 g 蛋壳膜加入250 mL 100 mg/L 刚果红溶液中，用1 mol/L HCl 和NaOH 调节pH（为防止离子强度和有机物干扰，用双重蒸馏水配制溶液）。

1.4 吸附等温线实验

取0.8 g/L 蛋壳膜加入刚果红染料溶液（pH 2）中，常温下以200 r/min 振荡2 h 达到吸附-解吸平衡。一定时间内间隔取样，离心分离，取上清液测吸光度。

1.5 测试

表面形貌：采用扫描电镜观测蛋壳膜和吸附后回收处理的蛋壳膜结构。

去除率：根据朗伯-比尔定律计算染料的质量浓度ρ，染料去除率=（1-ρe/ρ0）×100%（ρe为平衡时染料的质量浓度，ρ0为染料的初始质量浓度）。

2 结果与讨论

2.1 蛋壳膜对刚果红吸附性能的影响因素

2.1.1 蛋壳膜用量

由图1 可知，随着蛋壳膜用量增加，染料去除率提高，0.8 g/L 时，染料已基本去除，去除率达97.5%。这是因为蛋壳膜（吸附剂）用量增加，比表面积增大，吸附效果增强。因此，蛋壳膜用量选择0.8 g/L。

图1 蛋壳膜用量对吸附性能的影响

2.1.2 接触时间和染料初始质量浓度

吸附过程是一个吸附-解吸动态平衡过程，分子运动越快越容易被吸附剂吸附，解吸也越快。由图2可知，90 min 时，去除率趋于平衡，说明90 min 时基本达到吸附-解吸平衡；染料初始质量浓度越低，去除率越好，因为稀溶液的染料分子运动更快。

图2 接触时间和染料初始质量浓度对吸附性能的影响

2.1.3 pH

由图3 可以看出，吸附效果在强酸条件下最好，随着pH 上升，吸附效果变差。这是因为刚果红有R—SO3-极性基团，蛋壳膜含有氨基、羟基、羰基等官能团，不同pH 下，染料和蛋壳膜的静电吸引在吸附中起重要作用；强酸条件下，蛋壳膜官能团电离产生带正电荷的离子，与染料阴离子产生强静电吸引；随着pH 升高，OH-浓度增大，染料与蛋壳膜静电斥力增强，吸附减弱［10］。

图3 pH 对吸附性能的影响

2.1.4 蛋壳膜颗粒粒径

由表1 可知，随着蛋壳膜颗粒粒径变小，去除率升高。小于0.120 mm 的蛋壳膜对染料的去除率达到99%。这是由于颗粒径越小，比表面积越大，吸附能力越强。因此选择粒径小于0.120 mm 的蛋壳膜。

表1 颗粒粒径对吸附性能的影响

2.2 吸附等温线

为研究蛋壳膜对刚果红染料的吸附特性，在等温下进行吸附实验，结果见图4。对吸附数据分别使用Langmuir、Freundlich 方程进行拟合。由表2 可知，0

图4 蛋壳膜对刚果红染料的吸附等温线

表2 Langmuir 和Freundlich 吸附等温线相关参数

2.3 SEM

由图5 可知，吸附前蛋壳膜表面有很多孔隙，对染料有较强的吸附性；吸附后回收处理的蛋壳膜结构与吸附前没有太大差别，说明蛋壳膜表面的孔隙结构在吸附过程中没有改变，可重复利用。

图5 吸附前（a）、后（b）蛋壳膜的SEM

3 结论

（1）蛋壳膜对刚果红染料的吸附用Langmuir 和Freundlich 两个模型模拟都适合，Freundlich 方程的拟合系数稍高。

（2）强酸条件下，蛋壳膜的官能团电离产生带正电荷的离子，与染料阴离子具有强的静电吸引作用，吸附效果相对最好。

（3）吸附前后蛋壳膜的表面形貌没有多大变化，可重复利用。