陳洪敏，李希希，車自力

（1.重慶化工職業(yè)學(xué)院，重慶 401228；2.重慶市酉陽(yáng)土家族苗族自治縣生態(tài)環(huán)境局，重慶 409800）

花生是我國(guó)廣泛種植的一種農(nóng)作物，自古以來(lái)就有“長(zhǎng)生果”的美譽(yù)，具有營(yíng)養(yǎng)豐富，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的特點(diǎn)［1］?；ㄉ梢灾苯邮秤茫部梢杂糜谏a(chǎn)各種食品及花生食用油［2］。在加工利用花生的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量副產(chǎn)物，即花生殼以及花生渣［3］。在農(nóng)村地區(qū)，大多數(shù)農(nóng)民都會(huì)把花生殼當(dāng)作垃圾處理，沒(méi)能好好加以利用，浪費(fèi)資源?；ㄉ鷼ぶ泻心承┕δ苄猿煞郑ㄈ缒鞠菟兀?-5］、白藜蘆醇［6］、黃酮類化合物［7-8］等），可用來(lái)制備保健品、藥品等，已有研究者對(duì)其進(jìn)行提取和性質(zhì)研究。由于花生殼的主要成分為粗纖維，可以對(duì)其進(jìn)行改性或者炭化處理以制備各種吸附劑。劉立華等［9］研究了花生殼對(duì)銅離子的吸附特性；賈啟華等［10］通過(guò)硼酸-微波改性花生殼制備了鎘離子吸附劑；滕?？担?1］通過(guò)炭化花生殼制備了鉛離子吸附劑；湯琪等［12］通過(guò)檸檬酸改性花生殼制備了鉻離子吸附劑；曾婧等［13］通過(guò)改性花生殼制備了含磷廢水處理劑等。染料是印染工業(yè)廢水排放中常見(jiàn)的污染物，會(huì)對(duì)水體造成嚴(yán)重的污染，破壞水體生態(tài)平衡、危害人體健康［14］。吸附是處理含染料廢水的經(jīng)濟(jì)而有效的方法，尋找高效的吸附劑是關(guān)鍵［15-17］。

本文利用高錳酸鉀（KMnO4）溶液對(duì)花生殼進(jìn)行預(yù)處理以及炭化處理，制備染料吸附劑，運(yùn)用單因素實(shí)驗(yàn)以及正交實(shí)驗(yàn)對(duì)制備工藝進(jìn)行優(yōu)化，制得優(yōu)良的含染料廢水處理劑（染料吸附劑），以期為花生殼的綜合利用，特別是利用花生殼制備水處理劑提供一定的參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

花生（市售，產(chǎn)自重慶武?。ルx子水，高錳酸鉀（KMnO4）、丙酮（C3H6O）、陽(yáng)離子染料孔雀石綠（均為分析純）。

1.2 儀器

CP2202S 電子分析天平（北京賽多利斯儀器公司），F(xiàn)W200 高速萬(wàn)能粉碎機(jī)（北京成萌偉業(yè)科技有限公司），TGL-10C 高速臺(tái)式離心機(jī)（上海安亭科學(xué)儀器廠），UHP-Ⅳ-20T 超純水機(jī)（成都超純水科技有限公司），KQ-400 KDB 高功率數(shù)控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司），752 型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司），SA-1-12 箱式電阻爐［常奧儀器設(shè)備（南通）有限公司］。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 原料預(yù)處理

花生取殼、洗凈、60 ℃烘干至恒重，粉碎機(jī)粉碎、過(guò)篩，取粒徑0.30～0.45 mm 的粉末作為原料，用塑料袋密封后置于干燥器中備用。

1.3.2 吸附劑的制備

稱取2 g 花生殼原料，按照不同液料比加入一定體積和濃度的KMnO4溶液中，置于超聲清洗器中處理約10 min 使之充分浸潤(rùn)，轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜，密封升溫至一定溫度，恒溫保持一定時(shí)間，冷卻至室溫；用C3H6O 和去離子水交替洗滌5 次，離心，固體部分80 ℃烘干24 h得吸附劑樣品。

1.3.3 染料的吸附及吸附率測(cè)試

取150 mL 50 mg/L 孔雀石綠溶液于錐形瓶中，準(zhǔn)確加入0.05 g吸附劑樣品，室溫下攪拌120 min，離心，測(cè)定上層清液染料的質(zhì)量濃度，按下式計(jì)算吸附率：

式中：ρ0與ρ1分別為溶液中初始和吸附后染料的質(zhì)量濃度，mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 液料比

用KMnO4溶液處理的目的是使吸附劑表面產(chǎn)生大量的含氧官能團(tuán)，同時(shí)生成MnO2附著于表面，進(jìn)一步提升其理化性能。由圖1 可以看出，開(kāi)始時(shí)吸附率隨著液料比的升高而增大，當(dāng)達(dá)到10∶1 時(shí)，吸附率達(dá)到最大值，此后吸附率隨著液料比的升高略有減小。與文獻(xiàn)［18］相似，開(kāi)始時(shí)花生殼被KMnO4溶液浸潤(rùn)越充分，反應(yīng)就越充分，產(chǎn)生的含氧官能團(tuán)越多，吸附能力越強(qiáng)；當(dāng)液料比高于10∶1 后，花生殼被過(guò)度炭化，孔結(jié)構(gòu)減少，比表面積減小，吸附率略有下降，因而液料比選擇10∶1。

2.1.2 KMnO4溶液濃度

由圖2 可以看出，開(kāi)始時(shí)吸附率隨著KMnO4溶液濃度的增大而升高，0.5 mol/L 時(shí)吸附率達(dá)到最大值，此后吸附率隨著KMnO4溶液濃度的增大略有下降。開(kāi)始時(shí)花生殼中產(chǎn)生的含氧官能團(tuán)增多，吸附能力不斷增強(qiáng)；當(dāng)KMnO4溶液濃度高于0.5 mol/L 后，花生殼被過(guò)度炭化，破壞了纖維素的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，比表面積有所減小，吸附率略有下降，因而KMnO4溶液濃度選擇0.5 mol/L。

2.1.3 溫度

由圖3 可以看出，開(kāi)始時(shí)吸附率隨著溫度的升高而不斷增大，180 ℃時(shí)吸附率達(dá)到最大值，此后吸附率隨著溫度的升高略有減小。

開(kāi)始時(shí)花生殼炭化越充分，形成的孔結(jié)構(gòu)越多，比表面積越大，吸附能力越強(qiáng)；高于180 ℃后，少量的孔結(jié)構(gòu)被破壞，比表面積有所減小，吸附率略有下降，因而溫度選擇180 ℃。

2.1.4 時(shí)間

由圖4 可以看出，開(kāi)始時(shí)吸附率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而迅速增大，4 h時(shí)吸附率達(dá)到最大值，此后吸附率隨著炭化時(shí)間的延長(zhǎng)而略有下降。起初花生殼炭化越充分，形成的孔結(jié)構(gòu)越豐富，比表面積也就越大，吸附能力越強(qiáng)，吸附率不斷增大；4 h 時(shí)，比表面積達(dá)到最大值，吸附率達(dá)到最大值；此后隨著炭化時(shí)間的延長(zhǎng)，花生殼被過(guò)度炭化，一些孔結(jié)構(gòu)被破壞，比表面積減小，吸附率降低，因而時(shí)間選擇4 h。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

由表1 可以看出，B極差最大，說(shuō)明KMnO4溶液在對(duì)花生殼進(jìn)行處理時(shí)作用較大，直接關(guān)系到吸附劑樣品表面活性基團(tuán)的數(shù)量及理化性質(zhì)，因而在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要嚴(yán)格、準(zhǔn)確地控制KMnO4溶液濃度。D極差排第二，說(shuō)明時(shí)間對(duì)吸附劑樣品的吸附率也有較大影響；在一定溫度下，時(shí)間決定炭化是否充分和過(guò)度炭化孔結(jié)構(gòu)被破壞的程度，因而在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也應(yīng)該加以嚴(yán)格控制。C極差排第三，溫度決定是否能產(chǎn)生炭化和炭化的程度；在一定溫度范圍內(nèi)，花生殼都能被炭化，因而對(duì)吸附劑樣品的影響不是很大。A極差最小，說(shuō)明液料比對(duì)吸附劑樣品吸附率的影響最小，在一定的液料比范圍內(nèi)，花生殼都能被浸透，KMnO4溶液能夠與之發(fā)生反應(yīng)。

表1 花生殼吸附劑吸附孔雀石綠的正交實(shí)驗(yàn)表

續(xù)表1

2.3 優(yōu)化工藝條件驗(yàn)證

由表1 可以看出，由花生殼制備染料吸附劑的工藝優(yōu)化組合為A2B3C2D3，即液料比10∶1、KMnO4溶液濃度0.5 mol/L、溫度180 ℃、時(shí)間4 h。為驗(yàn)證優(yōu)化工藝條件是否正確，在該制備條件下分別進(jìn)行4 次平行實(shí)驗(yàn)，得到的吸附劑樣品對(duì)孔雀石綠的吸附率分別為96.7%、97.7%、96.5%、96.2%，平均值為96.8%，吸附效果好，實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)性好，說(shuō)明用花生殼制備染料吸附劑的優(yōu)化工藝合適。

3 結(jié)論

用花生殼制備染料吸附劑的優(yōu)化工藝條件：液料比10∶1、KMnO4溶液濃度0.5 mol/L、溫度180 ℃、時(shí)間4 h。制得的吸附劑樣品對(duì)陽(yáng)離子染料孔雀石綠顯示出良好的吸附性能：0.05 g 吸附劑樣品對(duì)150 mL 50 mg/L 孔雀石綠在室溫下靜態(tài)吸附120 min，吸附率可以達(dá)到96.8%。