花生壳活性炭对水溶液中活性艳兰染料的吸附

第３０卷第１１期

２０１３年１１月吉林ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＪＩＬＩＮＩＮＳ唧Ｉ．ＩＥＯＦ化工学院学报Ｖ０１．３０Ｎｏ．１１ＮＯＶ．２０１３ＣＨＥＭＩＣＡＬＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

文章编号：１００７－２８５３（２０１３）１１－０１００－０４

王丽敏，张勇虔

（吉林化３－学院资源与环境工程学院，吉林吉林１３２０２２）

摘要：采用花生壳为原料，用磷酸活化后，在４００。Ｃ对活化花生壳进行炭化，制得花生壳活性炭，用于吸

附水溶液中的活性艳兰染料．实验考察了ｐＨ值、吸附时间和吸附质初始浓度对活性艳兰吸附的影响．结

果表明，对于初始浓度为１００ｍｇ／Ｌ的活性艳兰染料，在９０ｍｉｎ就可达到吸附平衡．花生壳活性炭对活性

艳兰的吸附过程符合Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ吸附等温式和准二级动力学模型．室温下，花生壳活性炭对活性艳兰的

最大吸附量为４８２．８ｍｇ／ｇ．计算了热力学参数（△日、△Ｇ、ＡＳ），说明该吸附过程为自发过程．花生壳活

性炭对水溶液中活性艳兰有较好的吸附性能．

关键词：花生壳活性炭；吸附；活性艳兰；动力学；热力学

中图分类号：Ｒ２８４．２文献标志码：Ａ

染料被广泛地用于造纸、食品、化妆品、塑料

以及纺织等行业．这些染料都是采用化学方法合

成制得，由于具有复杂的芳环结构使得化学性质

稳定，难于生物降解¨Ｊ．如果将来自上述行业的

染料废水直接排入天然受纳水体，会给环境水体

带来严重污染．由于染料废水难于生物降解，采用

传统的废水生物处理方法效果不理想．因此染料

废水通常采用物理或者化学方法加以处理旧圳．吸

附法是广泛用于处理难生物降解的废水方法∞Ｊ．

吸附法用于控制水污染的优点是操作过程简单、

可以回收废水中的有用物质．商业活性炭用于吸

附去除废水中的染料有很好的效果，但是价格高，

再生困难ＭＪ．近年来，用于废水处理的低成本的

吸附剂，尤其是那些价格低廉、易得且高效的吸附

剂受到研究者的广泛关注．以农业废弃物为原料

制得的低成本吸附剂用于吸附去除废水中的染料

得到了广泛研究．这些农业废弃物包括稻壳、麦

秆、谷壳、椰壳、玉米芯以及水果皮等¨。１３｜．花生在

我国产量很高，每年产生大量废弃花生壳．将花生

壳用作吸附剂吸附去除废水中的重金属离子以及

染料已有研究报道¨４‘１５｜．本文主要考察了以花生

壳为原料制得花生壳活性炭，吸附去除水溶液中

的活性艳兰染料．考察了影响吸附过程的各种因

素，为花生壳资源再生利用提供实验依据．１．１试剂和仪器实验所用试剂均为分析纯．吸附实验用水为去离子水．ｐＨＳ－３Ｃ数显酸度计（上海宇隆仪器有限公司）；ＦＡ２００４Ｎ型电子天平（上海精密科学仪器有限公司）；ＵＶｍｉｎｉ．１２４０紫外可见分光光度计（广州市化兴科学仪器有限公司）；ＴＤＬ－５０Ｂ台式离心机（上海安亭科学仪器厂）．１．２花生壳活性炭的制备１实验部分将花生壳洗净，于蒸馏水中浸泡２４ｈ，烘干、粉碎过４０目筛．将粉碎后的花生壳与８５％Ｈ，ＰＯ。按１：１的固液比混合均匀，充分搅拌后放置２４ｈ，再将其移至带盖坩埚内，置于马弗炉中，在４００ｏＣ条件下活化４ｈ，取出冷却，以热水洗涤，再用蒸馏水洗涤至ｐＨ值为５～７，１１０—１２０℃下烘干，研磨过筛．置于干燥器中备用．１．３实验方法移取１００ｍＬ不同初始浓度的活性艳兰模拟废水，置于２５０ｍＬ锥形瓶中，用ＨＣｌ和ＮａＯＨ调节ｐＨ值，加入０．１ｇ花生壳活性炭，置于水浴恒温振荡器上振荡．振荡速率为２００ｒ／ｍｉｎ，待一定时间后，离心分离，取上清液测定残余活性艳兰染料的含量．按公式（１）计算吸附量ｑ。（ｍｇ／ｇ）．

收稿日期：２０１３－０９—１３

作者简介：王丽敏（１９７０．），女，吉林省吉林市人，吉林化工学院副教授，博士，主要从事为环境功能材料及环境分析方面的研究．

万方数据

第１１期

王丽敏，等：花生壳活性炭对水溶液中活性艳兰染料的吸附

１０１

ｇ。＝（Ｃｏ—Ｃ。）ｖ／ｍ

（１）

式中：ｃ。为活性艳兰的初始浓度（ｍｇ／Ｌ）；Ｃ。为吸附后活性艳兰的平衡浓度（ｍｇ／Ｌ）；秽为溶液体积（Ｌ）；ｍ为吸附剂用量（ｇ）．

２结果与讨论

２．１

ｐＨ对吸附容量的影响

不同ｐＨ值下，温度保持在室温（２５±２）ｏＣ，吸附时间为９０ｍｉｎ，研究了花生壳活性炭对活性艳蓝染料的吸附，实验结果见图１．

４５

ｆ

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芋

４０

臼

３５

３０

ｐＨ

图１ｐＨ对吸附的影响

由图１可见，室温下花生壳活性炭在酸性条件下对活性艳蓝的吸附效果呀显好于中性和碱性条件下的吸附效果．这是由于活性艳蓝属于阴离子活性染料，在碱性条件下，水溶液中的ＯＨ一的存在会产生竞争吸附，从而降低吸附效果．在所研究范围内，活性艳蓝染料吸附量的最大值出现在ｐＨ为２．因此其他吸附实验ｐＨ值选为２．

２．２时间对吸附容量的影响

研究了不同吸附时间对花生壳活性炭吸附活性艳蓝效果的影响，实验结果见图２．

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ｌｂＯ

●

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ｄ

ｔ，ｍｉｎ

图２时间对吸附的影响

由图２可知，在吸附最初的３０ｍｉｎ内，花生壳

活性炭吸附活性艳蓝速度很快，吸附量增加明显．

万方数据

随着吸附时间继续延长，虽然吸附量还有所增加，但增加缓慢，吸附过程在９０ｍｉｎ时基本达到平衡．因此，本研究其他吸附实验时间控制在９０ｍｉｎ．

２．３吸附剂用量对吸附的影响

不同吸附剂用量对溶液中活性艳蓝吸附量和

去除率的影响见图３．吸附剂浓度小于１ｇ／Ｌ时，随吸附剂浓度的增加，活性艳兰的去除率增加很快，当吸附剂浓度大于１ｇ／Ｌ时，活性艳蓝去除率增加缓慢．原因是吸附剂用量的增加提供了更多的吸附结合位点，使得去除率增加．但吸附剂用量增大时，单位吸附量减小．

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吸附剂用量／（ｇ?Ｌ。）图３吸附剂用量对吸附的影响

２．４活性艳蓝初始浓度对吸附量的影响

改变活性艳蓝的初始浓度，测定花生壳活性炭对活性艳蓝的吸附量变化，实验结果见图４．

，

ｋｏ

●

∞Ｅ、ｃ臼

Ｃｏ（ｍｇ?Ｌ。１）

图４初始浓度对吸附的影响

从图４可以看出，花生壳活性炭对活性艳蓝的吸附量随着初始浓度的增加而增加，说明浓度的提高会加大吸附过程的传质动力，提高其吸附能力．在活性艳蓝初始浓度较低时，吸附量增加很快，但初始浓度增加到一定程度，超过４００ｍｇ／Ｌ时，吸附量增加缓慢，超过５００ｍｇ／Ｌ时吸附量几乎不变，说明此时花生壳活性炭对活性艳蓝的吸附基本已达饱和，饱和吸附量为４８２．８ｍｇ／ｇ．

２．５吸附等温式

平衡吸附等温线反应吸附材料的吸附性能，

吉林化工学院学报

２０１３正

为了更好地对吸附过程和吸附特性进行分析，本研究采用Ｌａｎｇｍｕｉｒ和Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ吸附等温式对实验数据进行了拟合，拟合方程分别见公式（２）一

（３）．

＾，’

吸附能力有关的Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ常数，ｍｇ／ｇ（Ｌ／ｍｇ）ｎ；ｎ为与吸附剂吸附强度有关的常数．

两种等温吸附模型对实验数据的拟合结果及拟合参数见表１．由表１可见，花生壳活性炭对活性艳蓝的吸附过程基本符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ和Ｆｒｅｕｎｄｌ．ｉｃｈ等温式，在实验范围内，Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等温式相关系数略高于Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温方程，说明该吸附过程更符合Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等温式．

Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温式：ｇ。２

ｇ。若瓮

（２）

Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等温式：ｇｅ＝即了

（３）

式中，ｑ。为单层吸附的最大吸附量（ｍｇ／ｇ）；ｂ为与吸附热有关的吸附平衡常数（Ｌ／ｍｇ）；髟为与

表１

花生壳活性炭对活性艳蓝吸附的Ｌａｎｇｍｕｉｒ和Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等温式及相关系数

２．６吸附动力学

采用准一级动力学模型（式４）和准二级动力学模型（式５）拟合花生壳活性炭对活性艳蓝的吸附动力学行为，对实验数据分别进行线性回归，结

果见表２．

Ｉｎ（ｑ。一ｑ。）＝ｌｎｑ。一ｋｌｔ

（４）（５）

式中，ｑ。是在ｔ时刻的吸附量（ｍｇ?ｇ一）；ｔ是吸

一‘一

ｔ

ｌ

ｔ

ｑｌ／ｃ２ｑ。ｑ。

附过程的某一时刻（ｍｉｎ）．

表２花生壳活性炭吸附活性艳蓝的动力学模型

从表２可以看出，实验数据与准二级动力学模型拟合较好，相关系数超过０．９９，明显优于准一级动力学模型，说明准二级动力学模型更符合花生壳活性炭对活性艳蓝的吸附动力学行为．２．７吸附热力学行为

为了更好的认识花生壳活性炭对活性艳蓝的吸附本质，计算了吸附过程的热力学参数吉布斯自由能（ＡＧ），焓变（△日）和熵变（ＡＳ），计算公

式见式（６）和式（７）．

ＡＧ＝ＡＨ—ｒ△５

表３不同温度下的吸附热力学常数

染料

ｒ（Ｋ）／（１【ＪＡ．ｍＧ。ｌ—Ｙ）ｎｏｌＡＳ．（ＫｋＪ一／１）ＯｋＪ．ＡｍＨ。ｌ一。）

３结论

（６）（７）

Ｉｎｋ＝一ＡＢ／Ｒｒ＋ＡＳ／Ｒ

采用花生壳为原料，制备了花生壳活性炭，研究了用其吸附水溶液中的活性艳蓝染料，是一种废弃资源的再生利用，达到“以废治废”的目的．吸附实验结果表明：（１）吸附剂用量、吸附时间、溶液ｐＨ值及活性艳蓝初始浓度均对活性艳蓝的吸附具有重要影响．在一定范围内，去除率随吸附剂浓度增加而增大，吸附量则相反；吸附过程在最初的３０ｍｉｎ内很快，至９０ｍｉｎ基本达到吸附平衡；ｐＨ值越小吸附效果越好，在所研究的范围内，ｐＨ值为２时效果最佳；吸附量随着活性艳蓝初始浓度的增加而增大，当初始浓度超过４００ｍｇ／Ｌ时，吸附量增加缓慢，说明吸附渐趋饱和．（２）准二级动力学模型较好的描述花生壳活性炭对活性