吳宗華賴?guó)Q鳳林振陳少平盧玉棟

（1.福建師范大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，福州 350007；2.福建師范大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，福州 350108）

紅色染料廢水的低成本脫色

吳宗華1賴?guó)Q鳳2林振2陳少平2盧玉棟2

（1.福建師范大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，福州 350007；2.福建師范大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，福州 350108）

以農(nóng)林廢棄物為原料，進(jìn)行了顆粒表面的陽(yáng)離子改性，制備了低成本生物質(zhì)脫色劑（SDJ-1和SDJ-2）。選擇4種在印染工業(yè)中常用的水溶性染料：甲基紅、直接棗紅、直接耐酸大紅、直接大紅作為研究對(duì)象，測(cè)定了對(duì)四種染料的脫色效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，SDJ-1顯示出優(yōu)良的脫色效果。

生物質(zhì)脫色劑 陽(yáng)離子改性 紅色染料 廢水處理

0 前言

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)儀器與試劑

380FT-IR型傅里立葉紅外光譜儀，美國(guó)NICOLET；6SM140-II型磨粉磨漿機(jī)，上海騰云機(jī)電國(guó)際有限公司；DF-1O1S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司； FA2004N電子天平，上海精密科學(xué)儀器有限公司；SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司。

生物質(zhì)脫色劑SDJ-1和SDJ-2（自制）,課題組提供；甲基紅為分析純，直接大紅、直接棗紅、直接耐酸大紅，均為工業(yè)品。

1.2 生物質(zhì)脫色劑對(duì)甲基紅溶液的靜態(tài)吸附

移取40 mL質(zhì)量濃度為5 mg/L初始吸光度為Ao的甲基紅溶液于碘量瓶中，調(diào)節(jié)溶液初始pH值，加入一定質(zhì)量的生物質(zhì)脫色劑，恒溫吸附一定時(shí)間后，過濾，用分光光度計(jì)測(cè)定濾液的吸光度，根據(jù)下式計(jì)算其吸附容量。

式中 q——脫色劑的吸附量，即單位質(zhì)量的脫色劑吸附甲基紅的質(zhì)量，mg/g；

R——脫色率，%；

凍干重組腦利鈉肽可以降低心肌耗氧量，預(yù)防心律失常，利尿排鈉，提高腎臟濾過率，緩解心力衰竭程度。芪參益氣滴丸屬于純中藥制劑，由三七、丹參、黃芪等中藥材制成，具有正性肌力的作用，能夠達(dá)到減緩心率、改善心臟供血的作用。

V——溶液的體積，L；

Ao——吸附前甲基紅的吸光度；

Ae——吸附后甲基紅的吸光度；

m——改性果殼的質(zhì)量，g；

Co——甲基紅溶液的初始質(zhì)量濃度；

Ce——吸附達(dá)到平衡后甲基紅溶液的質(zhì)量濃度，mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 生物質(zhì)脫色劑的制備與表征

在生物質(zhì)脫色劑SDJ-1的制備中，生物質(zhì)顆粒上的功能基團(tuán)與改性劑反應(yīng)，形成共價(jià)鍵，將季銨鹽基團(tuán)引入顆粒。SDJ-2是基于陽(yáng)離子淀粉的制備原理，生物質(zhì)顆粒與醚化劑形成醚鍵而將季銨鹽基團(tuán)引入顆粒。SDJ-1的紅外光譜圖見圖1。3 437 cm-1處出現(xiàn)一個(gè)寬而強(qiáng)的吸收峰，表明SDJ-1中含有大量的羥基和氨基，氨基可結(jié)合水中的氫離子帶正電，從而吸附帶負(fù)電的紅色染料。1 650cm-1附近有3個(gè)強(qiáng)峰，它們歸屬于脫色劑表面的羧基及其鹽類；1 430cm-1處有銨基的吸收峰。這些結(jié)果表明SDJ-1是兩性的粒子，其表面的氨基和銨基是吸附紅色染料的主要功能基團(tuán)。

圖1 SDJ-1的紅外光譜圖

2.2 生物質(zhì)脫色劑對(duì)甲基紅溶液的脫色效果

在甲基紅溶液濃度為5 mg/L、pH值為5.3，吸附溫度為25 ℃、吸附時(shí)間為3 h的條件下，考察了SDJ-1和SDJ-2對(duì)甲基紅的脫色效果，見圖2。

圖2 SDJ-1脫色劑用量對(duì)脫色效果的影響

由圖2可知，隨著SDJ-1用量的增加，脫色率呈不斷上升的趨勢(shì)，脫色劑用量由0.05 g增加到0.4 g時(shí)，脫色率由39.3%增至84.9%，在SDJ-1的質(zhì)量為0.2 g時(shí)，將吸附時(shí)間由3 h延長(zhǎng)至12 h，脫色率達(dá)83.2%。這些結(jié)果表明SDJ-1對(duì)甲基紅溶液有顯著的脫色效果。但SDJ-2對(duì)甲基紅溶液的脫色效果差，在用量為0.2 g，其他條件與圖2相同的條件下，SDJ-2對(duì)甲基紅溶液的脫色率僅為3.1%，表明它不能作為甲基紅的脫色劑。

由圖3可知，SDJ-1的表面陽(yáng)電荷密度對(duì)其脫色效果影響大。SDJ-1的表面陽(yáng)電荷密度與改性劑的用量密切相關(guān)，改性劑用量越大，其電荷密度也越大。當(dāng)改性劑用量為10%時(shí)，其脫色率最大為76%，大于圖2中改性劑用量為5%的SDJ-1的脫色率。但繼續(xù)增大改性劑的用量為15%時(shí)，SDJ-1的脫色率反而降至64%。這可能是因?yàn)楸砻骊?yáng)電荷密度超過一定值時(shí)，顆粒會(huì)因同種電荷排斥而趨于穩(wěn)定，不易沉淀在底部。

圖3 SDJ-1用量對(duì)脫色率的影響

2.3 不同脫色劑的比較

在脫色劑質(zhì)量為0.2 g以及圖2所示的吸附條件下，分別測(cè)定了各種脫色劑的脫色效果，結(jié)果如表1所示。與常見的硫酸鋁一樣，聚合氯化鋁（PAC）對(duì)甲基紅溶液沒有脫色效果。紙張染色用固色劑的脫色效果也很差。在固色劑用量為0.5 g時(shí)，脫色率僅為8.7%。活性炭顆粒對(duì)甲基紅的脫色率也只有12.6%，這主要是活性炭表面沒有陽(yáng)電荷基團(tuán)。SDJ-1是通過對(duì)農(nóng)林廢棄物改性而得，改性劑用量?jī)H為生物質(zhì)的5%，因此其生產(chǎn)成本較低。相對(duì)所得的幾種脫色劑，SDJ-1表現(xiàn)出優(yōu)良的脫色效果，有望成為一種環(huán)境友好、低成本的紅色染料廢水深度脫色劑。

表1 不同脫色劑的脫色效果

2.4 SDJ-1對(duì)工業(yè)染料溶液的脫色效果

在圖2所示的吸附條件下，考察了SDJ-1對(duì)工業(yè)染料直接棗紅、直接耐酸大紅、直接大紅溶液的脫色效果，并與對(duì)甲基紅溶液的脫色率進(jìn)行了比較，結(jié)果如表2所示。

表2 對(duì)工業(yè)染料的脫色效果

SDJ-1對(duì)三種工業(yè)染料溶液都有脫色效果，對(duì)直接大紅的脫色率為35.7%，比甲基紅溶液的脫色率小，主要是因?yàn)槿N工業(yè)染料的結(jié)構(gòu)與甲基紅不同，而吸附條件是根據(jù)甲基紅的結(jié)構(gòu)設(shè)定的。因此，還需進(jìn)一步考察SDJ-1對(duì)工業(yè)染料的最佳吸附條件。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）紅外譜圖等分析結(jié)果表明SDJ-1表面含有大量的羥基和氨基，并含有羧基鹽類和銨基。SDJ-1是兩性的生物質(zhì)顆粒。

（2）SDJ-1對(duì)甲基紅、直接大紅溶液具有優(yōu)良的脫色效果。SDJ-1表面陽(yáng)電荷密度影響脫色效果。

（3）在本研究的條件下，聚合氯化鋁、紅色染料固色劑和活性炭等對(duì)甲基紅溶液的脫色效果差，而SDJ-1在用量為溶液的0.2%時(shí)，脫色率達(dá)70%以上。

[1]胥維昌. 染料行業(yè)廢水處理現(xiàn)狀和展望[J]. 染料工業(yè), 2002, 39(6): 35-39.

[2]馮凱，邱木清.生物法處理染料廢水的研究與進(jìn)展[J]. 工業(yè)水處理, 2009, 29(2)：l9-20.

[3]魏勝華，王瑾，朱龍寶.改性甘蔗渣吸附水溶液中酸性染料的研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 37(11)：5078-5080.

[4]連惠山, 朱小平, 陳國(guó)華. 工業(yè)大麻桿芯粉對(duì)亞甲基藍(lán)染料的吸附性能[J]. 華僑大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版：2009, 30(4)：406-411.

[5]許茂東，吳之傳，張勇，等.玉米芯對(duì)活性艷紅K-2BP染料的吸附性能及動(dòng)力學(xué)研究[J].安徽工程科技學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版, 2009, 24 (1): 25-28.

[6]顧迎春, 廖學(xué)品, 王玉路, 等.廢棄皮膠原纖維固載金屬離子吸附劑對(duì)陰離子型染料廢水的脫色[J]. 應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 16(5), 647-658

[7]LIVERSIDEG R M,LOYD G J,WASE D A J, et al.Removal of basic blue 41 dye from aqueous solutions by adsorption by linseed cake[J].Process Biochemistry, 1997,32(6): 473-477.

[8]NASSAR M M,MAGDY Y H. Removal of different basic dyes from aqueous solutions by adsorption on palm-fruit bunch particles[J].Chemical Engineering Journal,1997, 66:223-226.

[9]RAMAKRISHNAK R,VIRANRAGHAVAN T. Dye removal using low cost adsorbents[J]. Water Research, 1997,36(2-3): 189-196 .

[10]Ho Y S,Mckay C.Sorption of dye from aqueous solution by peat[J]. Chemical Engineering Journal, 1998,70:1 15-124.