彭 娜，王开峰，涂常青，黎 忠

(1.嘉应学院 化学与环境学院，广东 梅州 514015;

2.中水珠江规划勘测设计有限公司 水环境与生态修复研究所，广东 广州 510610)

黄酒糟对活性艳红和亚甲基蓝的吸附性能

彭 娜1，王开峰1，涂常青1，黎 忠2

(1.嘉应学院 化学与环境学院，广东 梅州 514015;

2.中水珠江规划勘测设计有限公司 水环境与生态修复研究所，广东 广州 510610)

采用黄酒糟对模拟染料废水中的活性艳红和亚甲基蓝进行吸附。在染料初始质量浓度100 mg/L、黄酒糟加入量10 g/L、吸附时间2 h的条件下，当活性艳红废水初始pH为2.0～10.0时，黄酒糟对活性艳红的吸附率为94.0% ～95.7%;当亚甲基蓝废水初始pH为11.0～12.0时，黄酒糟对亚甲基蓝的吸附率约为90.6%。动力学研究表明，黄酒糟对染料的吸附过程符合拟二级动力学方程。使用Langmuir和Redlich－Peterson吸附方程可较好地拟合黄酒糟对两种染料的吸附，活性艳红的饱和吸附量为49.1 mg/g，亚甲基蓝的饱和吸附量为7.85 mg/g。

生物吸附剂;黄酒糟;活性艳红;亚甲基蓝;吸附;废水处理

我国纺织印染行业是工业废水排放的大户，废水量占工业废水排放总量的35%左右［1］。受印染废水污染的水体透光量减少，影响水生植物的光合作用;有些染料或其降解产物有毒，严重威胁水生动植物和人类的健康。近些年，一些生物材料被用作吸附剂以吸附去除废水中的染料，如壳聚糖［2］、稻壳、麸皮［3］、苹果渣、小麦秸秆［4］、茶叶渣［5］及柚子皮［6］等。黄酒糟是南方黄酒企业的主要副产物，年产10 kt黄酒的企业每年约产生酒糟727 t［7］。目前黄酒糟主要用作饲料，但也有一部分直接废弃掉，既浪费了资源，也影响了环境。

本工作选用廉价且当地易得的黄酒糟作为生物吸附剂，分别以活性艳红和亚甲基蓝染料为处理对象，研究了模拟染料废水初始pH、吸附剂加入量对吸附效果的影响，探讨了黄酒糟对染料的吸附机理。

1 实验部分

1.1 试剂、材料和仪器

实验用试剂均为分析纯。

用蒸馏水将酸、碱性染料——活性艳红和亚甲基蓝分别配成质量浓度为1 000 mg/L的贮存液，备用。

实验用黄酒糟取自当地黄酒生产企业，将其用蒸馏水洗净后在80℃烘箱中烘干至恒重，粉碎，过筛，得到平均粒径为1.0 mm的颗粒。

TGL－16C型高速离心机:上海安亭科学仪器厂;755B型紫外－可见分光光度计:上海精密科学仪器厂;AVATAR型傅里叶变换红外光谱仪:美国尼克莱设备公司。

1.2 实验方法

分别将一定质量浓度的活性艳红模拟染料废水和亚甲基蓝模拟染料废水用稀HC1或稀NaOH溶液调至一定pH，加入一定量的黄酒糟。于25℃下以130 r/min的转速振荡吸附一定时间。用高速离心机以10 000 r/min的转速离心后取上清液进行分析。

1.3 分析方法

采用紫外－可见分光光度计分别于538 nm和663 nm处测定活性艳红和亚甲基蓝模拟染料废水的吸光度，计算活性艳红和亚甲基蓝的质量浓度、吸附率和吸附量。采用红外光谱仪对黄酒糟进行红外光谱分析。按照文献［8］测定黄酒糟的等电点。

2 结果与讨论

2.1 黄酒糟的红外光谱分析

黄酒糟的红外光谱谱图见图1。由图1可见:黄酒糟的红外光谱谱图有一系列的吸收峰，显示了黄酒糟的复杂特性;在3 419 cm－1处附近的明显吸收峰是O—H的振动吸收，说明黄酒糟中有大量羟基存在;在2 919 cm－1处有饱和烃的C—H伸缩振动;在1 734 cm－1和1 635 cm－1附近为 C—O 伸缩振动，说明黄酒糟中含有羰基。

2.2 模拟染料废水初始pH对吸附率的影响

在黄酒糟加入量10.0 g/L、染料初始质量浓度100 mg/L、吸附时间2 h的条件下，模拟染料废水初始pH对吸附率的影响见图2。由图2可见:模拟染料废水初始pH为2.0～10.0时，黄酒糟对活性艳红的吸附率较高，为94.0% ～95.7%，而对亚甲基蓝的吸附率仅为27.1% ～48.3%;模拟染料废水初始pH升至11.0～12.0时，黄酒糟对活性艳红的吸附率明显下降，而对亚甲基蓝的吸附率则迅速增至90.6%并趋于稳定。

图1 黄酒糟的红外光谱谱图

图2 模拟染料废水初始pH对吸附率的影响

两种染料在不同pH范围的吸附差异与黄酒糟表面电荷性质和染料离解后所带电荷性质有关。经测定，黄酒糟的等电点约为4.5，同时黄酒糟作为两性物质［9］加入溶液中可起到缓冲溶液pH的作用［10］，使吸附平衡pH靠近等电点。不同模拟染料废水初始pH条件下的吸附平衡pH见图3。由图3可见:在模拟染料废水初始pH为2.0～10.0时，两种染料的吸附平衡pH为2.4～4.4，均低于黄酒糟等电点，此时黄酒糟表面带正电，有利于吸附带负电荷的活性艳红，而对带正电荷的亚甲基蓝吸附能力较低;当模拟染料废水初始 pH为11.0～12.0时，吸附平衡pH高于黄酒糟等电点，对两种染料的吸附规律则与低模拟染料废水初始pH时相反。

2.3 黄酒糟加入量对吸附效果的影响

图3 不同模拟染料废水初始pH条件下的吸附平衡pH

图4 黄酒糟加入量对吸附率的影响

在染料初始质量浓度100 mg/L、吸附时间2 h、活性艳红废水初始pH 6.0、亚甲基蓝废水初始pH 6.6的条件下，黄酒糟加入量对吸附率的影响图4。由图4可见:在黄酒糟加入量为1.0～7.5 g/L时，活性艳红和亚甲基蓝的吸附率均随着黄酒糟加入量的增加而增加，这是因为黄酒糟加入量的增加使吸附表面积增大、吸附官能团增多，吸附率提高;黄酒糟加入量为10.0～20.0 g/L时，吸附率随吸附剂加入量的增加变化不明显。这是由于，溶液中的吸附质浓度逐渐降低，吸附质扩散至吸附剂表面并被吸附的驱动力减小，而解吸的趋势逐渐增大;过量的吸附剂聚集使吸附剂的有效表面积增加有限;过量的吸附剂颗粒间参与吸附的相邻活性基团彼此干扰［11］。

2.4 吸附动力学

在染料初始质量浓度100 mg/L、黄酒糟加入量10.0 g/L、活性艳红废水初始 pH 6.0、亚甲基蓝废水初始pH 6.6的条件下，研究黄酒糟对活性艳红和亚甲基蓝的吸附动力学。拟一级动力学方程和拟二级动力学方程分别见式(1)和式(2)。吸附动力学参数见表1。

式中:qt为t时刻的吸附量，mg/g;qe为平衡时的吸附量，mg/g;t为吸附时间，min;k1为拟一级动力学吸附速率常数，min－1;k2为拟二级动力学吸附速率常数，mg/(g·min)。

表1 吸附动力学参数

吸附实验结果表明，黄酒糟对活性艳红的吸附经过10 min后基本达到平衡，对亚甲基蓝的吸附在30 min后即达到平衡。如此快速地达到吸附平衡说明黄酒糟对染料的吸附过程是以物理吸附为主。由表1可见，黄酒糟对活性艳红和亚甲基蓝的吸附更符合拟二级动力学方程。拟二级动力学模型包含了吸附的所有过程，如外部液膜扩散、表面吸附和颗粒内部扩散等［12］，能够更真实地反映染料在黄酒糟上的吸附机理。

2.5 吸附等温线

吸附等温线描述了吸附质与吸附剂之间的相互作用机理。为了准确描述黄酒糟对活性艳红和亚甲基蓝的吸附性质，寻找符合吸附平衡的最佳方程，采用3种理论吸附模型对实验结果进行拟合。Langmuir吸附方程是使用最广泛的双参数方程，已成功应用于许多单分子层的实际吸附，其吸附方程见式(3)。Freundlich吸附方程是双参数经验方程，主要用于描述异质性体系的吸附，其吸附方程见式(4)。Redlich－Peterson吸附方程结合了Langmuir和Freundlich吸附方程，具有3个吸附参数，广泛用于吸附性质介于Langmuir和Freundlich之间的吸附情况，其吸附方程见式(5)。活性艳红和亚甲基蓝的吸附等温线分别见图5和图6。

式中:ρe为吸附平衡时的染料质量浓度，mg/L;qm为吸附剂饱和吸附量，mg/g;KL，KF，KR，α 为吸附常数;n和β为异质因子。

图5 活性艳红吸附等温线

图6 亚甲基蓝吸附等温线

由图 5和图 6可见，Langmuir和 Redlich－Peterson吸附方程均能较好地拟合黄酒糟对两种染料的吸附;通过Langmuir方程计算得出黄酒糟对活性艳红的饱和吸附量为49.1 mg/g，对亚甲基蓝的饱和吸附量为7.85 mg/g。由此推测黄酒糟对活性艳红和亚甲基蓝的吸附为单层吸附。黄酒糟对活性艳红的吸附能力均高于粉末活性炭(饱和吸附量为23.9 mg/g)［13］及由剩余污泥制得的生物吸附剂(饱和吸附量为15 mg/g)［14］，达到了微生物吸附剂如烟曲霉的吸附水平(饱和吸附量为46.8 mg/g)［15］。

3 结论

a)采用黄酒糟对模拟染料废水中的活性艳红和亚甲基蓝分别进行吸附。在染料初始质量浓度100 mg/L、黄酒糟加入量10 g/L、吸附时间2 h的条件下，当活性艳红废水初始pH为2.0～10.0时，黄酒糟对活性艳红的吸附率为94.0% ～95.7%;当亚甲基蓝废水初始pH为11.0～12.0时，黄酒糟对亚甲基蓝的吸附率约为90.6%。

b)黄酒糟对活性艳红和亚甲基蓝的吸附在10～30 min达到平衡。动力学研究表明黄酒糟对染料的吸附过程符合拟二级动力学方程。

c)分别采用 Langmuir、Freundlich和 Redlich－Peterson 3种理论吸附模型对实验数据进行拟合，实验结果表明:Langmuir和Redlich－Peterson吸附方程均能较好地描述黄酒糟对两种染料的吸附;通过Langmuir方程计算得出黄酒糟对活性艳红的饱和吸附量为49.1 mg/g，对亚甲基蓝的饱和吸附量为7.85 mg/g。

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Adsorption Capability of Rice Wine Lees to Reactive Brilliant Red and Methylene Blue

Peng Na1，Wang Kaifeng1，Tu Changqing1，Li Zhong2

(1.College of Chemistry and Environment，Jiaying University，Meizhou Guangdong 514015，China;
2.Institute of Water Environment and Ecological Restoration，China Water Resource Pearl Rive Planning Surveying and Designing Co.Ltd.，Guangzhou Guangdong 510610，China)

Reactive brilliant red and methylene blue in the simulated dye wastewater were adsorbed using rice wine lees.Under the conditions of initial dye mass concentration 100 mg/L，adsorbent dosage 10 g/L and adsorption time 2 h，the adsorption rate of reactive brilliant red is 94.0% －95.7%when the initial pH of the reactive brilliant red wastewater is 2.0 －10.0，and the adsorption rate of methylene blue is about 90.6%when the initial pH of the methylene blue wastewater is 11.0 －12.0.The kinetics study results indicate that the adsorptions of dyes on rice wine lees accord with the pseudosecond-order kinetics equation.Langmuir model and Redlich-Peterson isotherm model can fitly describe the two adsorptions.The saturated adsorption capacity to reactive brilliant red is 49.1 mg/g and that to methylene blue is 7.85 mg/g.

biological adsorbent;rice wine lees;reactive brilliant red;methylene blue;adsorption;wastewater treatment

TQ 116.2

A

1006－1878(2011)05－0464－05

2011－03－18;

2011－05－10。

彭娜(1978—)，女，湖南省娄底市人，硕士生，研究方向为环境污染与治理。电话 0753－2186853，电邮pengna12@163.com。

广东省科技计划项目(2008B030302003)。

(编辑 王 馨)