五种生物吸附剂对亚甲基兰吸附能力的研究

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摘 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 biosorbentsAbstract: 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.目 录1 引言 .12 实验方法及步骤 .22.1 实验材料与仪器 .22.2 实验方法 .22.2.1 标准曲线的绘制 .22.2.2 数据处理 .33 结果与讨论 .43.1 溶液 pH 对吸附的影响 .43.2 动力学研究 .53.2.1 时间对吸附的影响 .53.2.2 准二级动力学模型及其分析 .63.3 吸附剂量对吸附的影响 .83.4 溶液初始浓度对吸附的影响 .93.5 Langmuir 与 Freundlich 吸附等温方程 .113.6 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1百手起驾 整理为您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。近十年来, 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 C16H18ClN3SH2O，结构式如图 1，分子量为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。SNN NCH3CH3 CH3CH3 +l 3OH2图 亚甲基兰分子结构式淮 海 工 学 院2百手起驾 整理为您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HNO 3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 电子天平、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） 吸光度1.0 0.1012.0 0.2093.0 0.3114.0 0.4375.0 0.5226.0 0.6277.0 0.7288.0 0.838淮 海 工 学 院3百手起驾 整理为您y = 0.1046x + 0.0009R2 = 0.999200.20.40.60.810 2 4 6 8 10亚 亚 亚 亚 亚 亚 亚 亚 亚 mg/L亚亚亚亚图 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：(1)0.146.09yx其中：x 为被测亚甲基兰溶液的浓度(mgL -1)；y 为测得的吸光度。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：(2)mVCqe)(0式中：C o 为吸附前亚甲基兰溶液的原始浓度(mg/L)；Ce 吸附平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)。淮 海 工 学 院4百手起驾 整理为您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。246810468102146q(mg/)pH 亚亚 24681002468102146q(mg/)pH 亚亚24681013.614.014.14.815.2q(mg/)pH 亚亚 2468106.07.59.01.52.013.5q(mg/)pH 亚亚淮 海 工 学 院5百手起驾 整理为您246810468102146q(mg/)pH 亚亚亚图 3 不同 pH 对吸附的影响根据表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pH5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pH5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，且亚甲基兰电离增强 7，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，逐渐趋于平衡。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 小时达到吸附平衡。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。淮 海 工 学 院6百手起驾 整理为您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：(3)tqkte12式中：q t 为不同时间下的单位吸附量 (mg/g)；qe 为平衡状态下的单位吸附量(mg/g)；k2 为反应速率常数 (mg/gmin)。根据上式对 t/qtt 作图，如图 6 所示。所得参数见表 2。0408012016020246810214t/qt(min) 亚亚 亚亚 04080120160202468102146t/qt(min) 亚亚 亚亚0408012016020468102146qt(mg/)t(min) 亚亚 亚亚 亚亚 亚亚 亚亚亚 05010150202503691215 亚亚 亚亚 亚亚 亚亚 亚亚亚qt(mg/)t(min)图 4 不同时间对吸附的影响（米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生， 60 目）图 5 不同时间对吸附的影响（米糠、麦麸、紫菜、海 带及水花生，100 目）淮 海 工 学 院7百手起驾 整理为您04080120160202468102t/qt(min) 亚亚 亚亚 04080120160202468102146t/qt(min)亚亚 亚亚0408012016020246810214t/qt(min) 亚亚亚 亚图 6 准二级动力学模型（米糠、麦麸、紫菜、海带及水花生，60 目）表 2 准二