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五种生物吸附剂对亚甲基兰吸附能力的研究

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毕业设计(论文)中文摘要

五种生物吸附剂对亚甲基兰吸附能力的研究



要:研究了五种生物吸附剂(米糠、麦麸、海带、紫菜及水花生)吸附模拟废水中的

亚甲基兰,比较了这五种吸附剂对亚甲基兰的吸附能力,选用的吸附剂材料价格低廉。详 细论述了多种因素(振荡时间、溶液初始浓度、pH 值、吸附剂量、离子强度)对吸附过程 的影响。实验结果表明这五种吸附剂对亚甲基兰的吸附过程能很好地遵循准二级动力学模 型,其相关性系数 R 均达到 0.999。五种吸附剂(米糠、麦麸、海带、紫菜及水花生)对 亚甲基兰的单位吸附量随初始浓度的升高而增大;在 pH 2-5 间随 pH 值的升高而增加;增 大吸附剂投加量有利于提高吸附效率;向溶液中加入一定量的 NaCl 则会使吸附剂对亚甲 基兰的吸附能力降低。

关键词:亚甲基兰

生物吸附

动力学模型

毕业设计(论文)外文摘要
Adsorption of aqueous Methylene Blue trihydrate by five different biosorbents

Abstract: This study aims at comparative evaluation of low-priced materials, namely rice bran, wheat bran, laver, porphyra and alternanthera philoxeroides for removal methylene blue trihydrate from simulated industrial wastewater. The effect of contact time, initial concentration, pH, adsorbent dosage and ionic strength in the adsorption process were investigated in detail. Sorption kinetic data followed pseudo-second-order kinetics very well, the correlation coefficients R all reaching to 0.999. Methylene blue trihydrate sorption by biosorbents increased with increase in initial concentration and solution pH in the examined range, but decreased with the increasing dosage of adsorbent and ionic strength. Keywords: Methylene Blue trihydrate; biosorption; kinetic model.





1 引言 ......................................................................................................................... 1 2 实验方法及步骤 ..................................................................................................... 2 2.1 实验材料与仪器 .................................................................................................. 2 2.2 实验方法 .............................................................................................................. 2 2.2.1 标准曲线的绘制 ............................................................................................... 2 2.2.2 数据处理 ........................................................................................................... 3 3 结果与讨论 ............................................................................................................. 4 3.1 溶液 pH 对吸附的影响 ....................................................................................... 4 3.2 动力学研究 .......................................................................................................... 5 3.2.1 时间对吸附的影响 ........................................................................................... 5 3.2.2 准二级动力学模型及其分析 ........................................................................... 6 3.3 吸附剂量对吸附的影响 ...................................................................................... 8 3.4 3.5 溶液初始浓度对吸附的影响 .............................................................................. 9 Langmuir 与 Freundlich 吸附等温方程 ............................................................ 11

3.6 离子强度对吸附的影响 .................................................................................... 15 结论 ............................................................................................................................. 17 致 谢 ......................................................................................................................... 18 参 考 文 献 ............................................................................................................... 19

淮海工学院二 00 七届本科毕业论文

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1

引言
染料废水色度高、毒性大、生物降解和脱色困难[1],随着轻工业的不断发展,大量的

染料废水通过各种途径排入环境中,对水环境造成严重污染并且危害人体健康。 水溶性染料废水的脱色成为一大难题[2]。由于染料品种多, 并朝着抗光解、抗氧化、 抗生物氧化方向发展, 从而使染料废水处理难度更大。考虑到工业效率与处理成本, 目前 工业上常用的方法有絮凝、沉淀、电解、氧化、吸附等,前几种方法虽然效果比较好,但 运行工艺条件严格,稳定性差,成本高[3]。 *十年来, 生物材料经处理加工成生物吸附剂, 用于废水处理成为环境工程领域的一 大研究热点。与其他处理方法相比, 生物吸附技术在处理废水方面具有明显优势,如:原材 料来源丰富, 品种多, 成本低;在低浓度条件下, 受其他离子的干扰较小;吸附效率高, 再 生容易, 设备简单, 易操作; pH值和温度范围宽。 因此, 生物材料吸附具有广阔的应用前景 和良好的环境效益、社会效益[4]。 本实验是用米糠、麦麸、海带、紫菜和水花生五种低成本生物吸附剂,以亚甲基兰染 料配制成模拟染料用水作为处理对象,对吸附剂在模拟用水处理中的应用规律及吸附机理 进行了分析研究。通过最佳 pH 值、最佳时间、最佳吸附剂量、初始浓度的确定及米糠、 麦麸、紫菜、海带和水花生对亚甲基兰的吸附过程能够很好的遵循准二级动力学模型。实 验证明,米糠、麦麸、海带、紫菜和水花生这五种低成本生物吸附剂,对亚甲基兰具有良 好的吸附作用,是具有高效脱色能力的廉价吸附剂。 亚甲基兰为深绿色有铜光的柱状晶体或结晶粉末,又称碱性湖蓝(氯化锌盐) 。英文 名称为 Methylene Blue trihydrate。分子式为 C16H18ClN3S· 2O,结构式如图 1,分子量为 H 373.90。亚甲基兰在水溶液中呈一价有机阳离子[5],是一种碱性阳离子染料,早于 1924 年 已用于评价液相吸附性能[6]。

N H 3C CH 3 Cl 3 H 2O

N CH 3

S

N

+

CH 3

图1 亚甲基兰分子结构式

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2

实验方法及步骤

2.1 实验材料与仪器
亚甲基兰贮备液:称取1.0g亚甲基兰,溶于水并定容于1000mL容量瓶中,配成1g/L的 亚甲基兰标准贮备液。 1mg/L亚甲基兰溶液:取1mL1g/L的亚甲基兰标准贮备液定容于1000mL容量瓶。其余 不同浓度的亚甲基兰溶液配制方法相同。 pH=2的亚甲基兰溶液:取要求浓度所对应体积的 1g/L的亚甲基兰标准贮备液于 1000mL容量瓶,加水至刻度线以下。用HNO3和NaOH调节pH值,酸度计测得相应的pH值, 直至pH=2(误差为± 0.05),加少量水至刻度线。 60与100目的生物吸附剂:将米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生研磨后分别过筛60和 100目。然后放入烘箱中,在105℃下烘2到2.5个小时。 实验仪器:SHA-C 水浴恒温振荡器、UNICO-7200 分光光度仪、pHS-3C 精密 pH 计、 BS224S 电子天*、电热恒温干燥箱、容量瓶、锥形瓶、比色管、比色皿。

2.2 实验方法
2.2.1 标准曲线的绘制 分别取浓度为1mg/L、2mg/L、3mg/L、4mg/L、5mg/L、6mg/L、7mg/L、8mg/L的上述 亚甲基兰标准贮备溶液于25mL比色管中。待溶液静置5min,将亚甲基兰溶液置于10mm比 色皿中,于663nm波长,以水为参比,测定吸光度。实验数据见表1。
表1 标准曲线亚甲基兰溶液浓度和吸光度 亚甲基兰溶液浓度(mg/L) 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 吸光度 0.101 0.209 0.311 0.437 0.522 0.627 0.728 0.838

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1 0.8
吸光度

y = 0.1046x + 0.0009 R2 = 0.9992

0.6 0.4 0.2 0 0

2

4

6

8

10

亚甲基兰溶液浓度(mg/L)

图 2 亚甲基兰溶液标准曲线

图 2 为亚甲基兰溶液的标准曲线,其数学表达式:
y ? 0.1046 x ? 0.0009

(1)

其中:x 为被测亚甲基兰溶液的浓度(mg· -1);y 为测得的吸光度。 L 根据标准曲线及测得的吸光度即可在下面的实验中计算出溶液中亚甲基兰的浓度。 2.2.2 数据处理 单位质量生物吸附剂(米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生)的吸附量:
q? (C 0 ? C e ) ? V m

(2)

式中:Co 为吸附前亚甲基兰溶液的原始浓度(mg/L); Ce 吸附*衡后溶液中亚甲基兰溶液的浓度(mg/L); V 为亚甲基兰溶液的体积(L); m 为加入的生物吸附剂(米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生)的质量(g)。

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3

结果与讨论

3.1 溶液 pH 对吸附的影响
取 80mg/L,pH 为 2、3、4、5、6、7、8、9、10 的亚甲基兰溶液各 50mL 于小锥形瓶 中,加入 0.25g 吸附剂(米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生,60 目),在 20℃的水浴中振 荡 2 小时,离心(5min) ,测吸光度。 由所得的实验数据在 origin 软件中作图,得图 3。
16 14 12 10 8 6 4 2 0 2 4 6
pH

16 14 12
q(mg/g)

10 8 6 4 2 2 4 6
pH

q(mg/g)

米 糠
8 10

麦 麸
8 10

15.2 14.8
q(mg/g)

13.5 12.0
q(mg/g)

10.5 9.0 7.5

14.4 14.0 13.6 2 4 6
pH

海 带
8 10

6.0 2 4 6 pH 8

紫 菜
10

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16 14 12
q(mg/g)

10 8 6 4 2 4 6
pH
图 3 不同 pH 对吸附的影响

水 花 生
8 10

根据表2数据及图3分析可知,五种不同的吸附剂,米糠、麦麸、紫菜、海带和水花生, 在pH<5时,pH对吸附的影响较大,随着pH的增大吸附量增张幅度较大;当pH≥5时,pH的 增大对吸附的影响减小,吸附量缓慢增加或基本相似。 这是由于低pH值时,染料分子较少电离[7],溶液中存在大量的H+与亚甲基兰竞争吸附 剂表面的吸附点位。 当pH逐渐升高时, 溶液中的H+逐渐减少, 与亚甲基兰的竞争能力减弱, [7] 且亚甲基兰电离增强 ,溶液中产生更多的一价有机阳离子的季胺盐离子基团MB+[8],所 以亚甲基兰获得吸附点位的几率升高,提高了各吸附剂对亚甲基兰的吸附率。综合考虑, 最佳pH选择为5。 从所得的数据中还可知,海带、米糠、水花生吸附的效果好于紫菜和麦麸。

3.2 动力学研究
3.2.1 时间对吸附的影响 取 80mg/L,pH=5 的亚甲基兰溶液 150mL 于锥形瓶中,加入 0.75g 吸附剂(米糠、麦 麸、紫菜、海带及水花生,60 目和 100 目),分别在 20 摄氏度水浴振荡器中振荡 2min、 5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、90min、120min、180min 直至所测 得的吸光度稳定。 根据实验数据,绘制 qt-t 曲线图,如图 4、5 所示。由图可知,随着吸附时间的增加 单位吸附量逐渐增加,反应前 100min 内吸附量呈现上升趋势。之后,随着接触时间的延 长,吸附量出现缓慢上升,逐渐趋于*衡。为确保充分吸附,本实验中吸附时间均选为 2 小时。 本组实验对粗细生物吸附剂(米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生,60 目和 100 目)吸 附进行对比。经过作图分析比较,粗细粒径都能在 2 小时达到吸附*衡。分析实验数据可 知,粒径为 60 目的米糠、海带和水花生吸附量大于粒径 100 目的吸附量,而麦麸、紫菜 反之。

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16 14

15 12

12
qt(mg/g)

10 8 6 4 0 40 80 120

米 麦 海 紫 水

糠 麸 带 菜 花 生

qt(mg/g)

9 6 3
米 麦 海 紫 水 糠 麸 带 菜 花 生

160

200

0

t(min)
图 4 不同时间对吸附的影响

0

50

100

150 t(min)

200

250

图 5 不同时间对吸附的影响

(米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生,60 目) (米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生,100 目)

3.2.2 准二级动力学模型及其分析 准二级动力学模型可表达为:
t qt ? 1 k2q
2 e

?

1 qe

t

(3)

式中:qt 为不同时间下的单位吸附量(mg/g); qe 为*衡状态下的单位吸附量(mg/g); k2 为反应速率常数(mg/g· min)。 根据上式对 t/qt-t 作图,如图 6 所示。所得参数见表 2。
14 12 10 8
t/q

16 14 12 10
t/q

6 4 2 0 0 40

8 6 4 2 0

米 糠 线 性 拟 合
80 t(min) 120 160 200

麦 麸 线 性 拟 合
0 40 80 t(min) 120 160 200

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12 10 8
t/q

16 14 12 10
t/q

6 4 2 0 0 40

8 6 4 2 0 0 40

海 带 线 性 拟 合
80 t(min)
14 12 10 8
t/q

紫 菜 线 性 拟 合
80 t(min) 120 160 200

120

160

200

6 4 2 0 0 40

水 花 生 线 性 拟 合
80 t(min)
图 6 准二级动力学模型

120

160

200

(米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生,60 目)

表 2 准二级动力学模型参数 吸附剂(60 目) 米糠 麦麸 海带 紫菜 水花生 R 1 0.9999 1 0.9998 0.9999 k2(mg/g· min) 0.3413 0.0199 0.2393 0.0273 0.0384 qe(mg/g) 14.8478 12.4922 15.3492 13.1113 14.1543

表 2 中数据显示,准二级动力学模型拟合所得的相关性系数均达到 0.999 以上,可见 米糠、麦麸、紫菜、海带和水花生对亚甲基兰的吸附过程能够很好的遵循准二级动力学模 型。 利用动力学模型拟合所得直线的斜率和截距可求得准二级动力学模型的速率常数 k2 及 *衡时的吸附量 qe,比较表 2 中列出的 k2,可以看出,不同的吸附剂对亚甲基兰的吸附速

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率不相同:米糠>海带>水花生>紫菜>麦麸。而吸附达到*衡时各吸附剂的吸附量也不尽相 同:海带>米糠>水花生>紫菜>麦麸。

3.3 吸附剂量对吸附的影响
取 80mg/L,pH=5 的亚甲基兰标准溶液 50mL 于 7 个 250mL 锥形瓶中,分别加入 0.25g/L、0.5g/L、1g/L、2g/L、3g/L、4g/L、5g/L 的生物吸附剂(米糠、麦麸、紫菜、海带 及水花生,60 目),在 20 摄氏度下振荡 2 小时。取出离心并测定吸光度。用吸附剂量 m -qe-η 作双坐标图,如图 7 所示。 去除率可表达为:
??
C0 ? Ce C0 ? 100 %

(4)

从图可以看出,吸附剂量增加,吸附总量增加,但是单位质量的吸附量减小。这是因 为吸附剂增加,但染料的浓度不变,染料分子与吸附剂接触的机率减小,所以单位吸附量 减小。所以,增加吸附剂的量,虽然吸附效率降低,但可以促进各吸附剂对亚甲基兰的吸 附,去除率增加。
40 35 30
q(mg/g)

0

2

4

6

1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5
q(mg/g)

2 16

4

6

8

0.9 0.8

14 12 10 8 2 3 4 5 m (g / L) 6 7 8
麦 麸 去 除 率

25 20 15 1 2 3 m (g / L)

米 糠 去 除 率

0.7 0.6 0.5 0.4

4

5

0.4

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300 250 200
q(mg/g)

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6 0.96 0.94 70 60 50
q(mg/g)

0

2

4

0

2

4

6

0.8 0.7

150 100 50 0 0 1 2 3

海 带 去 除 率

0.92 0.90 0.88 0.86

40 30 20 10

紫 菜 去 除 率

0.6 0.5 0.4 0.3 0.2

4

5

0.84

0

1

2

3

4

5

m (g / L)

m (g / L)

140 120

0

2

4

6 1.0 0.9

100
q(mg/g)

80 60

水 花 生 去 除 率

0.8 0.7 0.6

40 0.5 20 0.4 0 0 1 2 3 4 5

m (g / L)

图 7 吸附剂量的改变对吸附的影响 (米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生,60 目)

3.4

溶液初始浓度对吸附的影响

取 pH=5, 浓度为 40、 120、 80、 160、 200、 240、 280、 340mg/L 的亚甲基兰溶液各 50mL, 分别加入 0.25g 吸附剂(米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生,60 目),在 20 摄氏度下振 荡 2 小时。取出离心并测定吸光度。用初始浓度 Co-qe-η 作双坐标图,如图 8 所示。 从图中可看出随溶液初始浓度增加,五种吸附剂对亚甲基兰的吸附能力显著增强,但 是图中也反映出随浓度的升高,这五种吸附剂对亚甲基兰的去除效率降低。初始浓度为克 服液相与固相之间的传质阻力提供了重要的推动力,因此亚甲基兰溶液的初始浓度升高有 利于提高吸附剂的吸附能力。在低浓度条件下,溶液中几乎所有的亚甲基兰都能够与吸附 剂的吸附点位相接触,因此其吸附百分率高于初始浓度较高的溶液。浓度高时,去除效率 明显降低,这是因为对于固定量的吸附剂而言,其上吸附点位是一定的,浓度高时吸附点

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位已基本饱和。当浓度达到一定值时,吸附剂对亚甲基兰的吸附能力将维持恒定,所以在 应用中需选择合适的浓度。 同样的步骤改用粒径为 100 目的米糠、麦麸、紫菜、海带和水花生作为吸附剂,能够 得到相同的趋势。并且验证了在时间部分得出的结论:粒径为 60 目的米糠、海带和水花 生吸附量大于粒径 100 目的吸附量,而麦麸、紫菜反之。细粒径吸附量大可能是由于其比 表面积大,与吸附剂接触点位多,而粗粒径吸附量大可能是因为吸附剂表面孔较大,扩散 较快。
0 50 40
q(mg/g)

50 100 150 200 250 300 350
米 糠 去 除 率

0 0.95 0.90
q(mg/g)

50 100 150 200 250 300 350

0.8 0.7

16 14 12 10 8 6 0 50 100 150 200 250 300 350 Co (m g / L) 0.6

30 20 10 0 0 50 100 150 200 250 300 350 Co (m g / L)

0.85 0.80 0.75 0.70

麦 麸 去 除 率 0.5

0.4 0.3 0.2

70 60 50
q(mg/g)

0

50 100 150 200 250 300 350

0.96 0.95
q(mg/g)

50 40 30 20 10

0

50 100 150 200 250 300 350 0.84 0.80
紫 菜 去 除 率

40 30 20 10 0
海 带 去 除 率

0.94 0.93

0.76 0.72 0.68

0.92 0 50 100 150 200 250 300 350 Co (m g / L) 0 50 100 150 200 250 300 350 Co (m g / L)

0.64

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70 60 50
q(mg/g)

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0 50 100 150 200 250 300 350 0.970 0.965 0.960 0.955
水 花 生 去 除 率

40 30 20 10 0 0

0.950 0.945

50 100 150 200 250 300 350 Co (m g / L)

图 8 初始浓度的改变对吸附的影响 (米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生,60 目)

3.5 Langmuir 与 Freundlich 吸附等温方程
Langmuir 吸附等温方程为:
qe ? q m bC e 1 ? bC e

(5)

上式经转化变形可得:
Ce qe ? 1 qmb ? Ce qm

(6)

其中:Ce 为吸附*衡时溶液浓度(mg/L) ; qm 为单位表面达到饱和吸附时的最大吸附量(mg/g) ; qe 为吸附*衡时染料分子被吸附量(mg/g) ; b 为 Langmuir 常数(L/mg) 。 以 Ce/qe 为纵坐标,Ce 为横坐标作图,如图 9。由作图所得直线的斜率与截距可求出 qm 和 b,所得参数如表 4。 qm 反映了米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生这五种吸附剂达到吸附*衡时最大的吸附 量, 由表中数据可知, *衡时最大吸附量由大到小为: 水花生 152.9052 mg/g, 海带 137.3626 mg/g,紫菜 71.9425 mg/g,米糠 54.7046 mg/g,麦麸 16.1969 mg/g。 b 是评估吸附剂性能的一个重要因素,反映了低浓度下吸附剂效果。*衡参数 RL 是朗 缪尔吸附等温线的一个重要性质。表示如下:
RL ? 1 1 ? bC0

(7)

淮海工学院二 00 七届本科毕业论文 表 3 不同 RL 值所对应得等温线类型[9] RL 值 RL>1 RL=1 0<RL<1 RL=0 等温线类型 吸附剂吸附性能不好 线性分配 吸附剂吸附性能好 非线性分配,不可逆

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用 RL-Co 作散点图,如图 10 所示。求得 RL 值在 0-1 之间,根据表 3 可知粒径为 60 目的米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生这五种吸附剂吸附性能好。
2.5 2.0
Ce/qe(g/L)

18 15 12
Ce/qe(g/L)

1.5 1.0 0.5 0.0

9 6 3 0 0 50

米 糠 线 性 拟 合
0 20 40 60 80 100 120 Ce(mg/L)

麦 麸 线 性 拟 合
100 150 200 250 300 Ce(mg/L)

0.45 0.40
Ce/qe(g/L)

2.4
Ce/qe(g/L)

0.35 0.30 0.25 0.20

2.0 1.6 1.2

海 带 线 性 拟 合
0 5 10 15 Ce(mg/L) 20 25 30

紫 菜 线 性 拟 合
0 20 40 60 Ce(mg/L) 80 100 120

0.8

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0.30 0.27
Ce/qe(g/L)

0.24 0.21 0.18

水 花 生 线 性 拟 合
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Ce(mg/L)
图9 Langmuir 拟合曲线

表4 吸附剂(60 目) 米糠 麦麸 海带 紫菜 水花生 R

Langmuir 拟合下所对应的参数 b(L/mg) 0.0632 0.1034 0.0280 0.0121 0.0398 qm(mg/g) 54.7046 16.1969 137.3626 71.9425 152.9052

0.9995 0.9975 0.8375 0.8136 0.9694

0.7 0.6 0.5

米 糠 麦 麸 海 带 紫 菜 水 花 生

RL

0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0 50 100 150 200 250 300 350 Co(mg/l)
图 10 RL-Co 关系图

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Freundlich 经验式为:
qe ? k f Ce
1 n

(8)

上式经转化变形可得:
lg qe = lg k + 1 n lg Ce

(9)

其中:Ce 为吸附*衡时溶液浓度(mg/L) ; qe 为吸附*衡时染料分子被吸附量(mg/g) ; kf 为与吸附能力有关的经验常数,是 Ce=1 时的吸附量。 n 为与吸附强度有关的经验常数。 lgCe-lgqe 作图得一直线,如图 11,所得参数如表 5。1/n 为斜率,表示吸附量随浓度 增长的强度,lgkf 为截距,大致表示吸附能力的强弱[10]。从表中数据可以看出,比较 1/n, 由大到小依次为水花生、海带、紫菜、米糠、麦麸。由 kf 可知,水花生的吸附能力较强, 米糠、麦麸、海带、紫菜次之。
1.8

1.2
1.6

1.1
1.4
lg qe
lg qe

1.0 0.9 0.8

1.2 1.0 0.8

米 糠 线 性 拟 合
0.4 0.8 1.2 lg Ce 1.6 2.0

麦 麸 线 性 拟 合
lg Ce

0.7 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

1.8

1.8 1.6
lg qe

1.6 1.4
lg qe

1.4 1.2 1.0 0.8 0.4 0.6 0.8

1.2 1.0

海 带 线 性 拟 合
1.0 lg Ce 1.2 1.4

0.8

紫 菜 线 性 拟 合
0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 lg Ce

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1.8 1.6
lg qe

1.4 1.2 1.0

水 花 生 线 性 拟 合
lg Ce
图 11 Freundlich 拟合曲线

0.8 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

表5 吸附剂(60 目) 米糠 麦麸 海带 紫菜 水花生 R

Freundlich 拟合下所对应的参数 1/n 0.4939 0.2349 0.7899 0.6397 0.8179 kf 5.9819 4.7668 4.6682 2.0988 6.4839

0.9676 0.8425 0.9759 0.9726 0.9934

比较 Langmuir 和 Freundlich 等温线相关性系数 R,可以清楚的看出,米糠和麦麸的吸 附过程更好的遵循 Langmuir 等温方程,而海带、紫菜、水花生的吸附过程更好的遵循 Freundlich 等温方程。 尽管Langumir 吸附等温式的线性形式对实验数据拟合的相关系数也较高, 但线性方程 的相关系数并不能说明变量qe和Ce之间的相关关系,Harter 的研究结果表明,用Langmuir 等温式的线性形式对实验数据进行描述,若吸附曲线的类型不对或仅有低浓度时的吸附数 据,则对参数qm (吸附剂最大单位吸附量) 值的预测误差会达到50%或更高。因此,应利用 Freundlich方程的曲线形式对实验数据进行拟合[11]。

3.6 离子强度对吸附的影响
取 pH=5, 浓度为 40、 80、 120、 160、 200、 240、 280、 340mg/L 的亚甲基兰溶液各 50ml, 分别加入 0.25g 吸附剂 (米糠、 麦麸、 紫菜、 海带及水花生, 目) 0.05mol/L、 60 和 0.1mol/L、 0.5mol/L 的 NaCl,在 20℃下振荡 2 小时。取出离心并测定吸光度。 以没有离子干扰的实验数据为参比,根据实验数据 qe-Ce 作图,如图 12 所示。米糠、 紫菜、海带和水花生四条曲线随干扰离子浓度增大影响较明显,麦麸的曲线虽有交错,但 从图形仍可判断出 NaCl 对其吸附的影响。随着加入的 NaCl 的量越多,这五种吸附剂的单 位吸附量越小。这主要是因为随着溶液中 Na+浓度的增加,Na+与亚甲基兰争夺吸附点,使

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得亚甲基兰与吸附剂表面接触的机率减小,导致吸附剂的单位吸附量下降。
0mol/LNaCl 0.05mol/LNaCl 0.1mol/LNaCl 0.5mol/LNaCl

50 40
q(mg/g)

16 14 12
q(mg/g)

米 糠

30 20 10 0 0 40 80 120 160 200 240 Ce(mg/L)

10 8 6 4 2 0 0 50

0mol/LNaCl 0.05mol/LNaCl 0.1mol/LNaCl 0.5mol/LNaCl

麦 麸

100 150 200 250 300 Ce(mg/L)

70 60 50
q(mg/g)

0mol/LNaCl 0.05mol/LNaCl 0.1mol/LNaCl 0.5mol/LNaCl

海 带

30 20 10 0 0 20 40 60 80 100 120

q(mg/g)

40

50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

0mol/LNaCl 0.05mol/LNaCl 0.1mol/LNaCl 0.5mol/LNaCl

紫 菜

Ce(mg/L)

20 40 60 80 100 120 140 160 Ce(mg/L)

70 60 50
q(mg/g)

0mol/LNaCl 0.05mol/LNaCl 0.1mol/LNaCl 0.5mol/LNaCl

水 花 生

40 30 20 10 0 0 20 40 60 80 100 120 140

Ce(mg/L)
图 12 NaCl 对吸附过程的干扰

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结 论

由米糠、麦麸、海带、紫菜和水花生对亚甲基兰吸附实验可得以下结论: (1) 米糠、麦麸、海带、紫菜和水花生五种生物吸附剂能够较好的去除亚甲基兰染料。 (2) 吸附剂对亚甲基兰的吸附量随 pH 值升高而增大,当 pH 大于 5 时,吸附量趋于* 衡。 (3) 米糠、麦麸、紫菜、海带和水花生对亚甲基兰的吸附过程能够很好的遵循准二级 动力学模型。 (4) 吸附剂的浓度改变与亚甲基兰浓度的改变对亚甲基兰的吸附量有影响:吸附剂浓 度增大,单位吸附量减少;亚甲基兰浓度增大,有利于提高吸附剂的吸附作用。 (5) 有干扰离子共存时,由于竞争作用,吸附量随离子浓度的增大明显减少。

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本次实验和论文的完成得到王学松老师精心指导,同时也得到许多同学的关心和帮 助,在此我表示真诚的谢意!

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参 考 文 献

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[5]

栾文楼,李明路.膨润土的开发应用.北京:地质出版社, 1998, 33-35. Ber Dtsch Chem Ges, 1924, 1357: 1221-1225.

[6] Peneth F, Radu A. Uber die adsorption von farbstoffen an diamante, Kohle und Kunstseide. [7] [8] 李家珍.染料、染色工业废水处理.北京:化学工业出版社, 1997. 赵小蓉,杜冬云,陆晓华.累托石对亚甲基兰吸附性能的研究.离子交换与吸附, 2003, 19(4): 337-342. [9] Rao M M, Ramesh A, Rao G P C, Seshaiah K. Removal of copper and cadmium from the aqueous solutions by activated carbon derived from Ceiba pentandra hulls.Journal of Hazardous Materials, 2006, 129: 123-129. [10] 戴树桂,环境化学.北京:高等教育出版社, 1996. [11] 杨岳*,徐新华,刘传富.废水处理工程及实例分析.北京:化学工业出版社, 2003.



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