薰衣草叶对染料废水中亚甲基蓝的吸附特性

材料来源广，价格低廉。已有研究报道用棉花秸秆、花生壳、麦秸秆、棉花、甘蔗渣和香蕉皮等作为生物质吸附材料吸附染料[2-3]。薰衣草叶中含有羟基、亚甲基、氨基、酰胺基等多种有机基团，是一种良好生物吸附材料。目前，用薰衣草叶作为吸附材料去除水溶液中亚甲基蓝的研究尚未见报道。本研究以薰衣草叶粉末为固体吸附剂，研究其处理染料废水中亚甲基蓝的吸附效果，旨在为薰衣草在染料污水治理方面的应用提供依据。

1材料与方法

1.1仪器与材料

仪器：FT-IR Prestige-21傅里叶变换红外光谱仪，UV-2500 紫外可见分光光度计，SHZ-82型水浴恒温振荡器。

材料：亚甲基蓝、盐酸、氢氧化钠，均为分析纯。

薰衣草叶干粉吸附剂：薰衣草产自伊犁。将薰衣草叶洗净，在45 ℃的烘箱中烘干，粉碎，过筛，收集40～60目的颗粒备用。试验用水为去离子水。

1.2亚甲基蓝染料废水的配制

称取一定质量干燥的亚甲基蓝溶于去离子水中，配制亚甲基蓝储备液。吸附试验所需不同浓度的溶液均由储备液稀释得到。

1.3试验方法

1.3.1绘制亚甲基蓝标准曲线

准确移取2.00 mL 5 g/L亚甲基蓝储备液至500 mL容量瓶中，用去离子水定容，得 20.00 mg/L 亚甲基蓝标准溶液。分别移取一定体积该标准溶液至10 mL比色管中，用去离子水定容，配制亚甲基蓝质量浓度为0.5、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0 mg/L系列浓度标准溶液。以去离子水为参比，在最大吸收波长664 nm处测定不同浓度（C）亚甲基蓝标准溶液的吸光度（D），绘制亚甲基蓝标准曲线。亚甲基蓝0.5～12.0 mg/L浓度范围内，线性关系良好，线性方程：D=0.177 68C+0.033 26，r=0999 4。

1.3.2吸附试验

取50.00 mL一定含量的亚甲基蓝水溶液置于100 mL锥形瓶中，加入一定质量的薰衣草叶干粉吸附剂，振荡频率120 r/min，在水浴恒温振荡器中振荡2 h后，离心分离，取上清液，在664 nm处测吸光度，由标准曲线法得溶液中亚甲基蓝残余浓度。若亚甲基蓝残余浓度较大则需定量稀释后测吸光度，由线性方程计算浓度乘以稀释倍数后得吸附后的平衡浓度Ce。平行试验3次，吸附剂的平衡吸附量Q和亚甲基蓝去除百分率E分别用公式（1）和公式（2）来计算：

式中：C0和Ce分别为亚甲基蓝染料的初始和吸附平衡时质量浓度（mg/L）；V为溶液体积；m为吸附剂质量。

2结果与分析

2.1薰衣草吸附剂投加量对亚甲基蓝吸附的影响

将50.00 mL初始质量浓度150 mg/L的亚甲基蓝溶液分别置于装有不同吸附剂量（0.005、0.010、0.020、0.040、0.060、0.080、0.100、0.120、0.140、0.160 g）的100 mL锥形瓶中，吸附温度为25 ℃，振荡2 h，考察吸附剂投加量对亚甲基蓝吸附的影响。吸附剂的投加量越少，单位质量吸附剂所包围的亚甲基蓝分子就越多，吸附传质动力越大，亚甲基蓝分子容易与吸附材料结合，平衡吸附量越高[4]。吸附剂投加量由0.010 g增大至0.060 g，亚甲基蓝去除率从24.95%迅速提高到84.70%，之后继续增加吸附剂投加量，去除率提高缓慢并趋于吸附平衡，吸附剂投加量为0.14 g时去除率为91.95%（图1）。综合考虑薰衣草吸附量和亚甲基蓝水溶液去除率，选择吸附剂投入量为 0.06 g 为宜。

2.2溶液pH值对亚甲基蓝吸附的影响

用0.01、0.10 mol/L HCl和0.01、0.10 mol/L NaOH來调节亚甲基蓝水溶液酸度。初始质量浓度为150 mg/L亚甲基蓝水溶液各50.00 mL，pH值分别为0.92、1.93、3.12、3.95、4.96、5.96、6.93、8.02、8.94、9.96、10.95，吸附剂投放量为 0.060 g，吸附温度为25 ℃，按照“1.3.2”节吸附试验方法，考察pH值对亚甲基蓝吸附的影响。从图2可以看出，随pH值的增大吸附量逐步增加，pH值在5～11时，吸附量变化不显著，说明静电作用不是控制吸附的唯一因素[5]。在pH值较低时，氢离子占据了吸附剂表面的活性电位，阻碍了吸附剂与染料分子的结合，吸附剂对亚甲基蓝水溶液的吸附量较低。随着pH值增大，吸附剂表面荷负电荷，为吸附亚甲基蓝提供了众多的带电吸附点位，因此吸附剂对亚甲基蓝的吸附量也随之增大。试验结果表明薰衣草叶吸附亚甲基蓝适合在中性和弱碱性条件下进行[6]。

2.3振荡时间对亚甲基蓝吸附的影响

称取8份质量为0.060 g薰衣草叶干粉，分别置于8个100 mL锥形瓶中，锥形瓶中加入150 mg/L亚甲基蓝水溶液各50 mL，pH值为6.5。吸附时间分别为5、10、20、40、60、90、120、150、180、240 min，按照“1.3.2”节吸附试验方法，考察振荡时间对亚甲基蓝吸附的影响。从图3可以看出，吸附量随时间的变化曲线大致可分为3个阶段，60 min之前为快速吸附阶段，60～120 min为慢速吸附阶段；此后，随着接触时间的增加吸附量无明显变化。吸附平衡后，最大吸附量达到 106 mg/g。

2.4温度对亚甲基蓝吸附的影响

称取质量为0.060 g薰衣草叶干粉吸附剂分别置于6只100 mL锥形瓶中，锥形瓶中加入150 mg/L亚甲基蓝水溶液各50 mL，吸附温度分别为15、25、30、35、40、45 ℃。按照吸附试验方法考察温度对亚甲基蓝吸附的影响。从图4可以看出，在相同条件下，随着温度的升高，亚甲基蓝水溶液在吸附剂上的吸附量缓慢增加，这是由于高温加强了亚甲基蓝水溶液中离子与吸附剂之间的作用力[7]。在温度为35 ℃的环境下亚甲基蓝水溶液在薰衣草上的吸附效果最好。

2.5吸附動力学研究

试验采用拟一级和拟二级动力学模型对薰衣草干粉吸附剂静态吸附的动力学数据进行拟合，参考文献[6]方法分别由lg（Qe-Qt）和t/Qt分别对t作图。从图5可以看出，从计算的r2值可知，吸附剂对亚甲基蓝的吸附符合拟二级动力学模型，计算获得最大理论吸附量Qe，cal值等于108.34 mg/g，与试验所得平衡吸附量Qe，exp值106 mg/g较吻合，该吸附过程遵循拟二级动力学模型为化学反应控制。

2.6吸附等温线的拟合

薰衣草干粉吸附剂投加量为0.060 g，亚甲基蓝溶液初始质量浓度分别为100.0、120.0、150.0、200.0、250.0、300.0 mg/L 时，按照“1.3.2”节吸附试验方法，考察染料初始浓度对吸附效果的影响，从图6可以看出，随着亚甲基蓝浓度的增加，吸附剂对亚甲基蓝的吸附量也逐渐增加。采用Langmuir和Freundlich等温吸附方程拟合静态吸附试验数据[8]，结果见图7。

根据r2数值，薰衣草叶干粉吸附剂对亚甲基蓝的吸附等温线与Langmuir方程能较好地吻合，表明吸附剂对亚甲基蓝的吸附主要以单分子的形式吸附在其表面。根据Langmuir方程计算得到理论最大吸附量为203.25 mg/g。

2.7红外光谱分析

将吸附前后的薰衣草叶干粉与溴酸钾混合，研磨均匀后压片，测定0～4 000 cm-1官能团特征。从图8可以看出，3 100～3 700 cm-1处出现酚羟基、醇羟基或羧羟基的伸缩振动宽峰，2 926、2 856 cm-1处分别为CH2的不对称和对称 C—H 伸缩振动峰，1 732、1 635 cm-1分别是羰基的伸缩振动峰，1 049 cm-1 是C—O伸缩振动峰[9-11]。薰衣草叶干粉吸附亚甲基蓝前后红外光谱的谱线有明显变化，尤其是O—H、C[FY=，1]O、C—O伸缩振动峰改变明显。

3结论

通过试验，可得以下结论。薰衣草叶干粉吸附剂对亚甲基蓝有很好的吸附效果。红外光谱分析显示，吸附材料表面有较多的含氧基团，如O—H、C—O等在吸附过程中发挥着重要作用。中性和弱碱性条件下有利于吸附，过高浓度的[H+]与亚甲基蓝阳离子竞争吸附而导致吸附量较低[3]。50 mL 初始质量浓度为150 mg/L亚甲基蓝溶液，加入粒径 40～60目薰衣草叶吸附剂0.060 g，温度为35 ℃时振荡120 min，最大吸附量达到106 mg/g。薰衣草叶干粉对亚甲基蓝的吸附动力学符合拟二级动力学，吸附等温线与Langmuir方程能较好地吻合。薰衣草叶干粉对亚甲基蓝的吸附主要以单分子的形式吸附在其表面。根据Langmuir方程计算得到理论最大吸附量为203.25 mg/g。

参考文献：

[1]温沁雪，王进，郑明明，等. 印染废水深度处理技术的研究进展[LM]及发展趋势[J]. 化工环保，2015，35（4）：363-369.

[2]李紫薇，李小敏，袁圣银. 棉秆对水中碱性品红的吸附研究[J]. 水处理技术，2015，41（4）：66-70.

[3]孙绪兵，吴彩文，何柏琼. 柠檬皮渣对亚甲基蓝吸附性能研究[J]. 工业用水与废水，2014，45（6）：62-66.

[4]丁春生，毛凌俊，吴杰，等. 微波改性活性炭深度处理亚甲基蓝染料废水的研究[J]. 工业水处理，2015，35（1）：68-71，96.

[5]彭元，张利平，程先忠. 柿叶粉对亚甲基蓝吸附性能的研究[J]. 武汉轻工大学学报，2015，34（1）：47-51.

[6]刘茹，王春英. 环氧氯丙烷改性花生壳粉对孔雀绿染料的吸附性能[J]. 江苏农业科学，2014，42（12）：389-391.

[7]李勤，黄亚继，金保昇，等. 生物质活性炭对亚甲基蓝的吸附平衡和动力学研究[J]. 热能动力工程，2010，25（4）：450-454.

[8]刘健，李耀威，王刚，等. 改性废报纸纤维对水中Cr（Ⅵ）的吸附研究[J]. 中国环境科学，2015，35（5）：1368-1374.

[9]李瑞月，陈德，李恋卿，等. 不同作物秸秆生物炭对溶液中Pb2+、Cd2+的吸附[J]. 农业环境科学学报，2015，34（5）：1001-1008.

[10]朱灵峰，吴洁琰，郝丹迪，等. 柚子皮对孔雀石绿的吸附性能[J]. 江苏农业科学，2015，43（4）：366-368.

[11]刘新，冷言冰，谷仕艳，等. 油菜秸秆外壳对水溶液中六价铬的吸附作用[J]. 中国环境科学，2015，35（6）：1740-1748.

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