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竹炭對溶液中龍膽紫的吸附性能

2015-01-15 12:27閆宗蘭尉震莫德倫呂麗娟石軍
江蘇農(nóng)業(yè)科學 2014年11期
關鍵詞:竹炭

閆宗蘭+尉震+莫德倫+呂麗娟+石軍

摘要:以竹炭為吸附劑,龍膽紫為水中污染物,考察吸附條件的改變對溶液脫色率的影響。結(jié)果表明,50mL溶液竹炭用量為25mg、龍膽紫濃度為25mg/L時,脫色率約為86%,脫色效果良好;最佳吸附時間為4h;在酸性條件下竹炭對龍膽紫的吸附效果較好,在堿性條件下吸附效果較差;竹炭對龍膽紫的吸附為吸熱反應,在50℃條件下竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率約為93%。

關鍵詞:竹炭;龍膽紫;吸附性能;吸附條件;脫色率

中圖分類號:X52文獻標志碼:A文章編號:1002-1302(2014)11-0401-02

水是人類賴以生存和發(fā)展的主要資源之一,但隨著人類社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展,水資源危機日益突出。這主要源于大量未經(jīng)處理或處理未達標的工業(yè)廢水和城市污水直接排放到江河湖泊,導致水環(huán)境受到嚴重污染。水中的有害物質(zhì)包括大量的對人體有害的有機物、無機鹽等[1-3],給人們的生產(chǎn)生活造成了嚴重威脅。如何有效去除水中的有害物質(zhì)、凈化水環(huán)境,已經(jīng)成為當今研究的熱點和難點。

竹炭是竹材熱解的產(chǎn)物。竹材生長快、繁殖能力強、容易更新,以竹材為原料生產(chǎn)的竹炭品質(zhì)高、細密多孔、比表面積大、吸附力強,是一種性能良好、有著廣闊發(fā)展空間的多功能材料[4-6],近幾年竹炭在凈化水環(huán)境方面的研究和利用也日益受到人們的重視。龍膽紫為三苯甲烷系染料,具有抗菌、驅(qū)蟲作用,因此早年用作外用殺菌劑,其1%~2%溶液俗稱紫藥水,是人們所熟悉的外用藥。近年來國外醫(yī)學家對龍膽紫溶液進行了細致的研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)它有極強的致癌性。本試驗研究了不同條件下竹炭對龍膽紫溶液的吸附性能,以期為竹炭在水環(huán)境凈化處理中的應用提供一定的科學依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗儀器與試劑

722可見分光光度計(上海科學精密儀器有限公司)、電子天平、離心機、研缽粉碎機、pH試紙、比色管;竹炭、龍膽紫、鹽酸、氫氧化鈉。

1.2試驗方法

竹炭的預處理:將竹炭研磨打碎,加入蒸餾水,在70℃條件下攪拌3h,以除去竹炭表面的殘留物,抽濾,120℃下烘干,篩選分級,目數(shù)控制在50~<100目、100~<200目、200~<300目、300目及以上,繼續(xù)烘干12h,置于干燥器中備用。

標準溶液配制:用電子天平準確稱取固體藥品0.025g,用蒸餾水溶解,移至1000mL容量瓶中定容搖勻,即得到25mg/L的標準溶液。

標準曲線的繪制:分別配制不同濃度(C)的標準溶液,在吸收波長578nm下測其吸光度D,進行線性回歸后得龍膽紫標準曲線方程:

靜態(tài)吸附試驗:配制一定濃度系列的標準溶液50mL,倒入100mL錐形瓶中,準確加入一定量的活性炭,搖勻,置于室溫下靜態(tài)吸附一定時間后,離心過濾并取上層清液,用722可見分光光度計在比色波長處測吸光度,再根據(jù)標準曲線方程找出相對應的濃度,根據(jù)以下公式計算出龍膽紫的脫色率:

式中:C0為配制的溶液濃度,Ce為吸附后的溶液濃度,P為脫色率。

2結(jié)果與分析

2.1竹炭粒徑對脫色率的影響

分別稱取25mg50~<100目、100~<200目、200~<300目及300目及以上的竹炭,置于50mL25mg/L的龍膽紫溶液中,振蕩吸附24h后,測其吸光度D,并計算出吸附后的溶液濃度及脫色率,結(jié)果見表1。

由表1可得,竹炭顆粒越小,脫色率越大,說明對龍膽紫溶液的吸附效果越好。這是因為竹炭顆粒越小,其比表面積越大,吸附容量也越大,吸附效果就越好。由于顆粒太小不方便分離,因此選用200~<300目的竹炭作為研究對象。

2.2竹炭用量對脫色率的影響

分別稱取10、15、20、25、30、35、40mg200~<300目的竹炭,置于50mL25mg/L的龍膽紫溶液中,振蕩吸附24h后,過濾,取濾液,測其吸光度,并計算出吸附后的溶液濃度及脫色率,結(jié)果見圖1。

從圖1可知,溶液中龍膽紫的脫色率隨著竹炭添加量的增加而逐漸增大,當竹炭用量為25mg時,脫色率達到86%,脫色效果良好;此后隨著竹炭用量增大脫色率變化不大。這是因為在靜態(tài)吸附中,吸附效果與吸附劑和溶液的有效接觸面積有很大的關系。竹炭添加量較少時,竹炭顆粒能充分與溶液接觸;隨著竹炭添加量增大,溶液中竹炭層的有效面積增加相對較少,這樣竹炭與溶液的有效接觸面積增加也變小,因此當竹炭添加量增大到一定值后,對溶液中龍膽紫的吸附效果也漸趨平穩(wěn)[3]。

2.3溶液濃度對脫色率的影響

稱取25mg200~<300目的竹炭,分別置于10、15、20、25、30、35mg/L的龍膽紫溶液中,振蕩吸附24h后,過濾,取濾液,測其吸光度,并計算出吸附后的溶液濃度及脫色率,結(jié)果見圖2。

由圖2可得,隨著溶液中龍膽紫濃度升高,竹炭脫色率也增大。當濃度大于25mg/L時,脫色率達到85.5%,之后隨著溶液濃度升高,脫色率變化趨緩。這是因為當龍膽紫濃度較低時,雖然竹炭的比表面積較大,但是溶液中龍膽紫分子濃度小,被吸附到竹炭上的概率也低,因此脫色率并不高。隨著龍膽紫濃度升高,其與竹炭接觸的概率增大,被吸附的概率也增大,因此脫色率升高。隨著龍膽紫濃度繼續(xù)升高,吸附達到一定的平衡,因此脫色率的變化也趨于平穩(wěn)。

2.4吸附時間對脫色率的影響

稱取25mg200~<300目的竹炭,置于25mg/L的龍膽紫溶液中,振蕩吸附,隔1、2、4、8、12、24h后,過濾,取濾液,測其吸光度,并計算出吸附后的溶液濃度及脫色率,結(jié)果見圖3。

從圖3可以看出,在吸附的初始階段,竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率隨著時間延長而急劇上升。當吸附時間超過4h后,脫色率變化變小,基本達到平衡。這是因為在吸附初期,endprint

[FK(W11][TPYZL3.tif][FK)]

竹炭內(nèi)部孔徑較大,有較大的比表面積對龍膽紫進行吸附,隨著時間推移,其對吸附質(zhì)的吸附逐漸達到了飽和狀態(tài),吸附量減少,最終達到吸附平衡,脫色率保持穩(wěn)定。

2.5溶液pH值對脫色率的影響

稱取25mg200~<300目的竹炭,置于pH值分別為2、3、4、5、6、7、8、9、10、11的25mg/L的龍膽紫溶液中,振蕩吸附24h后,過濾,取濾液,測其吸光度,并計算吸附后的溶液濃度及脫色率,結(jié)果見圖4。

由圖4可得,隨著龍膽紫溶液pH值增大,脫色率逐漸減小,說明在酸性條件下竹炭對龍膽紫的吸附效果較好,在堿性條件下吸附效果較差。這是因為龍膽紫中的氨基(—NH2)在酸性溶液中易與H+結(jié)合形成陽離子—NH+3,從而容易與竹炭表面由于燒結(jié)而形成的缺陷和不飽和價形成化學鍵,在一定程度上促進了竹炭的吸附。

2.6溫度對脫色率的影響

稱取25mg200~<300目的竹炭,置于25mg/L的龍膽紫溶液中,分別于20、30、40、50、60、70℃振蕩吸附24h后,過濾,取濾液,測其吸光度,并計算出吸附后的溶液濃度及脫色率,結(jié)果見圖5。

從圖5可以看出,竹炭對龍膽紫溶液的脫色率隨著溫度升高而逐漸增大,表明吸附是吸熱過程。在50℃時竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率達到約93%,之后隨著溫度繼續(xù)升高脫色率變化趨緩。這是因為溫度升高溶液中龍膽紫分子由于受熱具有較大的動能,可以促進其進入到竹炭孔徑中,吸附在竹炭表面,隨著溫度升高,在試驗溫度范圍內(nèi)吸附達到相對平衡,因此脫色率也漸趨平穩(wěn)。

3結(jié)論

本試驗結(jié)果表明,當50mL溶液竹炭用量為25mg、龍膽紫濃度為25mg/L時,脫色率約為86%,脫色效果良好;最佳吸附時間為4h;在酸性條件下竹炭對龍膽紫的吸附效果較好,在堿性條件下吸附效果較差;竹炭對龍膽紫的吸附為吸熱反應,在50℃竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率達到約93%。

參考文獻:

[1]姜立軍,沙中瑛,孫金峰,等.PAN原絲沸水收縮率影響因素的探討[J].合成纖維工業(yè),2006,29(4):38-39,42.

[2]朱仙弟,梁華定,閆華,等.竹炭對堿性品紅的吸附性能研究[J].應用化工,2008,37(10):1135-1137.

[3]徐亦鋼,石利利.竹炭對2,4-二氯苯酚的吸附特性及影響因素研究[J].農(nóng)村生態(tài)環(huán)境,2002,18(1):35-37.

[4]張東升,江澤慧,任海青,等.竹炭微觀構造形貌表征[J].竹子研究匯刊,2006,25(4):1-8.

[5]姜樹海,張齊生,蔣身學.竹炭材料的有效利用理論與應用研究進展[J].東北林業(yè)大學學報,2002,30(4):53-56.

[6]MizutaK,MatsumotoT,HatateY,etal.Removalofnitrate-nitrogenfromdrinkingwaterusingbamboopowdercharcoal[J].BioresourceTechnology,2004,95(3):255-257.endprint

[FK(W11][TPYZL3.tif][FK)]

竹炭內(nèi)部孔徑較大,有較大的比表面積對龍膽紫進行吸附,隨著時間推移,其對吸附質(zhì)的吸附逐漸達到了飽和狀態(tài),吸附量減少,最終達到吸附平衡,脫色率保持穩(wěn)定。

2.5溶液pH值對脫色率的影響

稱取25mg200~<300目的竹炭,置于pH值分別為2、3、4、5、6、7、8、9、10、11的25mg/L的龍膽紫溶液中,振蕩吸附24h后,過濾,取濾液,測其吸光度,并計算吸附后的溶液濃度及脫色率,結(jié)果見圖4。

由圖4可得,隨著龍膽紫溶液pH值增大,脫色率逐漸減小,說明在酸性條件下竹炭對龍膽紫的吸附效果較好,在堿性條件下吸附效果較差。這是因為龍膽紫中的氨基(—NH2)在酸性溶液中易與H+結(jié)合形成陽離子—NH+3,從而容易與竹炭表面由于燒結(jié)而形成的缺陷和不飽和價形成化學鍵,在一定程度上促進了竹炭的吸附。

2.6溫度對脫色率的影響

稱取25mg200~<300目的竹炭,置于25mg/L的龍膽紫溶液中,分別于20、30、40、50、60、70℃振蕩吸附24h后,過濾,取濾液,測其吸光度,并計算出吸附后的溶液濃度及脫色率,結(jié)果見圖5。

從圖5可以看出,竹炭對龍膽紫溶液的脫色率隨著溫度升高而逐漸增大,表明吸附是吸熱過程。在50℃時竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率達到約93%,之后隨著溫度繼續(xù)升高脫色率變化趨緩。這是因為溫度升高溶液中龍膽紫分子由于受熱具有較大的動能,可以促進其進入到竹炭孔徑中,吸附在竹炭表面,隨著溫度升高,在試驗溫度范圍內(nèi)吸附達到相對平衡,因此脫色率也漸趨平穩(wěn)。

3結(jié)論

本試驗結(jié)果表明,當50mL溶液竹炭用量為25mg、龍膽紫濃度為25mg/L時,脫色率約為86%,脫色效果良好;最佳吸附時間為4h;在酸性條件下竹炭對龍膽紫的吸附效果較好,在堿性條件下吸附效果較差;竹炭對龍膽紫的吸附為吸熱反應,在50℃竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率達到約93%。

參考文獻:

[1]姜立軍,沙中瑛,孫金峰,等.PAN原絲沸水收縮率影響因素的探討[J].合成纖維工業(yè),2006,29(4):38-39,42.

[2]朱仙弟,梁華定,閆華,等.竹炭對堿性品紅的吸附性能研究[J].應用化工,2008,37(10):1135-1137.

[3]徐亦鋼,石利利.竹炭對2,4-二氯苯酚的吸附特性及影響因素研究[J].農(nóng)村生態(tài)環(huán)境,2002,18(1):35-37.

[4]張東升,江澤慧,任海青,等.竹炭微觀構造形貌表征[J].竹子研究匯刊,2006,25(4):1-8.

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[6]MizutaK,MatsumotoT,HatateY,etal.Removalofnitrate-nitrogenfromdrinkingwaterusingbamboopowdercharcoal[J].BioresourceTechnology,2004,95(3):255-257.endprint

[FK(W11][TPYZL3.tif][FK)]

竹炭內(nèi)部孔徑較大,有較大的比表面積對龍膽紫進行吸附,隨著時間推移,其對吸附質(zhì)的吸附逐漸達到了飽和狀態(tài),吸附量減少,最終達到吸附平衡,脫色率保持穩(wěn)定。

2.5溶液pH值對脫色率的影響

稱取25mg200~<300目的竹炭,置于pH值分別為2、3、4、5、6、7、8、9、10、11的25mg/L的龍膽紫溶液中,振蕩吸附24h后,過濾,取濾液,測其吸光度,并計算吸附后的溶液濃度及脫色率,結(jié)果見圖4。

由圖4可得,隨著龍膽紫溶液pH值增大,脫色率逐漸減小,說明在酸性條件下竹炭對龍膽紫的吸附效果較好,在堿性條件下吸附效果較差。這是因為龍膽紫中的氨基(—NH2)在酸性溶液中易與H+結(jié)合形成陽離子—NH+3,從而容易與竹炭表面由于燒結(jié)而形成的缺陷和不飽和價形成化學鍵,在一定程度上促進了竹炭的吸附。

2.6溫度對脫色率的影響

稱取25mg200~<300目的竹炭,置于25mg/L的龍膽紫溶液中,分別于20、30、40、50、60、70℃振蕩吸附24h后,過濾,取濾液,測其吸光度,并計算出吸附后的溶液濃度及脫色率,結(jié)果見圖5。

從圖5可以看出,竹炭對龍膽紫溶液的脫色率隨著溫度升高而逐漸增大,表明吸附是吸熱過程。在50℃時竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率達到約93%,之后隨著溫度繼續(xù)升高脫色率變化趨緩。這是因為溫度升高溶液中龍膽紫分子由于受熱具有較大的動能,可以促進其進入到竹炭孔徑中,吸附在竹炭表面,隨著溫度升高,在試驗溫度范圍內(nèi)吸附達到相對平衡,因此脫色率也漸趨平穩(wěn)。

3結(jié)論

本試驗結(jié)果表明,當50mL溶液竹炭用量為25mg、龍膽紫濃度為25mg/L時,脫色率約為86%,脫色效果良好;最佳吸附時間為4h;在酸性條件下竹炭對龍膽紫的吸附效果較好,在堿性條件下吸附效果較差;竹炭對龍膽紫的吸附為吸熱反應,在50℃竹炭對溶液中龍膽紫的脫色率達到約93%。

參考文獻:

[1]姜立軍,沙中瑛,孫金峰,等.PAN原絲沸水收縮率影響因素的探討[J].合成纖維工業(yè),2006,29(4):38-39,42.

[2]朱仙弟,梁華定,閆華,等.竹炭對堿性品紅的吸附性能研究[J].應用化工,2008,37(10):1135-1137.

[3]徐亦鋼,石利利.竹炭對2,4-二氯苯酚的吸附特性及影響因素研究[J].農(nóng)村生態(tài)環(huán)境,2002,18(1):35-37.

[4]張東升,江澤慧,任海青,等.竹炭微觀構造形貌表征[J].竹子研究匯刊,2006,25(4):1-8.

[5]姜樹海,張齊生,蔣身學.竹炭材料的有效利用理論與應用研究進展[J].東北林業(yè)大學學報,2002,30(4):53-56.

[6]MizutaK,MatsumotoT,HatateY,etal.Removalofnitrate-nitrogenfromdrinkingwaterusingbamboopowdercharcoal[J].BioresourceTechnology,2004,95(3):255-257.endprint

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