玉米芯对亚甲基蓝的吸附实验研究

徐静瑶

摘 要：本研究利用农业废弃物玉米芯吸附处理水体中的有机染料亚甲基蓝，探究多种单因素对吸附效果的影响，以确定单因素变量中的最佳吸附条件。结果表明：在亚甲基蓝初始浓度为200mg/L时，选用粒径为40目的玉米芯0.3g，溶液pH=3，吸附温度为40°C，恒温搅拌2h的条件下，吸附效果最佳。

关键词：玉米芯;亚甲基蓝;吸附

一、引言

有机染料广泛应用于纺织、印刷、涂料等领域，丰富了物质世界的色彩，成为人们生活中不可或缺的重要方面。而在染料生产和使用过程中约有10% ～ 20%直接排放到水体中[1]，含有机染料废水分布面广，具有色度深、水质变化大、有机毒物含量高、成分复杂以及难降解等特点，对水生生态系统及其边界环境产生了巨大的冲击。[2]目前染料废水已成为威胁水环境安全的重要因素之一。[3]

吸附法是常用染料废水处理方法之一，吸附剂的选择则是关键。常用吸附剂为活性炭、分子筛、离子交换树脂等，成本较高且再生困难，一般应用于浓度较低的染料废水处理或深度处理。[4]近几年来，随着五大新发展理念的普及，¡°以废制废¡±的污染治理新思路进入人们的视野，部分农产品废弃物具有潜在的吸附性能，且价格低廉，来源广泛，在废水处理方面备受关注。[5-6]

本实验以农业废弃物玉米芯为吸附剂，以有机染料亚甲基蓝模拟废水，探究在不同环境条件下玉米芯对亚甲基蓝的吸附效果，以寻求最佳吸附条件。

二、实验部分

（1）材料、试剂及仪器

玉米芯：取自农贸市场，经粉碎后过筛收集10目、20目、40目的玉米芯样品，用蒸馏水冲洗并浸泡2h，除去可溶性物质和悬浮的细小物质，晾干备用。

亚甲基蓝储备液：精密配制浓度为200 mg/L的亚甲基蓝标准溶液，绘制标准曲线所用标准溶液由储备液稀释得到。

仪器：恒温磁力搅拌器，pH计，分光光度计（G21）。

（2）绘制亚甲基蓝溶液标准曲线

配制50 mg/L亚甲基蓝溶液，在600 ～ 700 nm范围内测定吸收光谱，确定最大吸收波长为660 nm。梯度稀释标准储备液，配制成浓度为2、4、8、12、16、20 mg/L的标准溶液，在最大吸收波长处测出亚甲基蓝在不同质量浓度下的吸光度，并绘制标准曲线。

标准工作曲线回归方程为y=0.2506x-0.0059，R2=0.9999。

（3）单因素变量静态吸附实验

实验分别从玉米芯的用量、吸附时间、吸附温度、溶液pH值以及玉米芯粒径等五个方面探究单因素变量对玉米芯吸附亚甲基蓝效果的影响。

在一定温度和压强下，m 克玉米芯吸附 x 毫克的亚甲基蓝，对应吸附容量。利用分光广度法在660 nm处测定玉米芯对亚甲基蓝溶液吸附前后的溶液吸光度，计算被吸附亚甲基蓝的含量，从而求出玉米芯对亚甲基蓝的吸附量。

V：溶液体积，L;

c0：吸附前亚甲基蓝溶液的浓度，mg/L;

c1：吸附后亚甲基蓝溶液的浓度，mg/L;

m：吸附剂玉米芯的用量，g。

1玉米芯用量对吸附效果的影响

取50 mL质量浓度为200 mg/L的亚甲基蓝溶液，分别加入0.1 g、0.2 g、0.3 g的粒径为40目的玉米芯，调节溶液pH=3，置于25℃的磁力搅拌器中恒温搅拌4h，静置然后取其上清液，在最大吸收波长处测定其吸光度。吸附结果如图2所示。

由图2可知，在实验研究范围内，吸附量随玉米芯用量的增加而增加，吸附效果渐强。在0.1至0.2范围内，吸附量显著增加;而0.2至0.3范围内，吸附量增加较缓。当玉米芯用量为0.3g时，吸附效果最好。预计继续增加玉米芯用量，对吸附效果的影响逐渐平稳。

2 吸附时间对吸附效果的影响

称取一系列的粒径为40目的玉米芯0.3 g，加入50 mL质量浓度为200 mg/L的亚甲基蓝溶液，调节溶液pH=3，在25℃的磁力搅拌器中分别恒温搅拌0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4 h，静置然后取上清液，在最大吸收波长处测定其吸光度。吸附结果如图3所示。

由图3可知，玉米芯对亚甲基蓝的吸附量随吸附时间的增加而增加，吸附效果渐强。当吸附时间为4 h时，吸附量最大，吸附效果最佳。

3吸附温度对吸附效果的影响

分别称取一系列的粒径为40目的玉米芯0.3 g，加入50mL质量浓度为200 mg/L的亚甲基蓝溶液，调节溶液pH=3，在温度设置为20、25、30、35、40℃的磁力攪拌器中恒温搅拌4 h，静置然后取上清液，在最大吸收波长处测定其吸光度。吸附结果如图4所示。

由图4可知，不同温度下玉米芯对亚甲基蓝吸附效果不同，玉米芯对亚甲基蓝的吸附量随吸附温度的增加而增加，吸附效果渐强。其中温度为40°C时吸附效果最好。

4溶液pH值对吸附效果的影响

取50 mL质量浓度为200 mg/L的亚甲基蓝溶液，将溶液pH值分别调至1、3、5，分别加入粒径为40目的玉米芯0.3 g，置于25℃的磁力搅拌器中恒温搅拌4 h，然后取其上清液，在最大吸收波长处测定其吸光度。吸附结果如图5所示。

由图5可知，在不同pH值的亚甲基蓝溶液中，玉米芯对亚甲基蓝的吸附效果有明显所区别。在实验研究范围内，吸附量随溶液pH的增大先增大后减小，当溶液pH=3时吸附量最大。故当溶液pH=3时，玉米芯对亚甲基蓝的吸附效果最佳。

5玉米芯粒径对吸附效果的影响

取50 mL质量浓度为200 mg/L的亚甲基蓝溶液，调节溶液pH=3，分别加入粒径为10目、20目、40目的玉米芯0.3 g，置于25℃的磁力搅拌器中恒温搅拌4 h，然后取其上清液，在最大吸收波长处测定其吸光度。吸附结果如图6所示。

由图6可知，实验研究范围内，玉米芯对亚甲基蓝的吸附量随粒径的增大而增大，其中粒径为40目的玉米芯吸附效果最佳。

结束语

玉米芯对于初始浓度为50 mL 200 mg/L的亚甲基蓝溶液的最佳吸附条件为：使用粒径为40目的玉米芯0.3g，在pH=3时的溶液中，40°C恒温搅拌4h。

鉴于以上得出的实验结果，玉米芯作为一种来源广泛的农业废弃物，吸附有机染料亚甲基蓝的效果十分显著，故利用类似玉米芯的农业废弃物吸附处理染料废水具有广阔的应用前景且经济可行。

参考文献

[1] Wang Y ， Chen M ， Chun H U ， et al. A study of dye degradation in the combination process of photocatalytic oxidation with biochemical oxidation[J]. ACTA SCIENTIAE CIRCUMSTANTIAE， 2000.

[2] 程云，周启星，马奇英，王颖慧.染料废水处理技术的研究与进展[J].环境污染治理技术与设备，2003（06）：56-60.

[3] 任南琪，周显娇，郭婉茜，杨珊珊.染料废水处理技术研究进展[J].化工学报，2013，64（01）：84-94.

[4] 朱虹.印染废水处理技术[J].中国纺织出版社，2004.

[5] 徐仁扣，赵安珍，肖双成，袁金华.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（01）：142-146.

[6] 孙兰梅，孙宇明，李明阳，宇秉勇，刘长睿，吴军亮，郭兆寿，刘熠.各种吸附材料对亚甲基蓝废水处理的研究[J].山东化工，2018，47（14）：197-198.