CN104190375A - 处理玫瑰红染料废水的生物质吸附剂、制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种处理玫瑰红染料废水的生物质吸附剂、制备方法及其应用，由樟树叶洗涤、干燥、粉碎过筛得到合适粒径的生物质吸附剂。本发明采用樟树叶生物质作为玫瑰红染料废水的吸附剂，制备工艺简单，成本低廉，在较为广泛的pH范围内仍然具有较好的吸附能力，不同的金属阳离子、阴离子共存条件下，仍然具有较好的玫瑰红染料脱除效果，具有广阔的应用前景。

Description

处理玫瑰红染料废水的生物质吸附剂、制备方法及其应用

技术领域

本发明属于染料废水处理材料技术领域，具体涉及一种处理玫瑰红染料废水的生物质吸附剂、制备方法及其应用。

背景技术

在我国众多的环境问题中，尤以水污染问题最为严重，对人、动植物危害最大，严重影响着我国经济的发展。而作为纺织大国的中国，印染行业产生的大量有机染料废水成为水污染中最难处理的废水之一，有机染料废水大多产生于印染行业，由于其具有机物含量高、毒性大、可生化性差、难完全去除降解、色度高以及组分复杂等特点。因此，如何更好、更有效的处理有机废水已成为水污染控制领域中的一个难点问题。

近年来，利用天然物质和农林废弃物作为吸附剂处理难降解有机废水引起了人们的重视。生物材料的天然性质使得生物吸附剂具有价格低、产量大、可再生、再生周期短、可生物降解、环境友好等诸多优点，同时生物废料的再利用是变废为宝，它不仅可以解决环境污染的问题，还可以提高自身的价值。所以利用天然农林废弃物质研究开发高效的废水处理剂具有重要的实意义。目前研究使用的生物质吸附剂包括果渣、甜菜渣、谷壳、大豆皮、花生壳、玉米芯、秸秆等，然而，多数天然吸附剂需要经过冗长的化学改性，无形中制造了新的污染或通过能耗高的热处理工艺后，才能达到使用要求，增加了制造成本，不利于推广。

玫瑰红染料在生产过程中会产生大量的含有罗丹明B分子的污染废水，罗丹明B分子不仅不易从废水中分离纯化，且难于降解，目前也没有针对性的吸附罗丹明B分子的生物吸附剂的报道。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种染料吸附处理效果、成本低廉的处理玫瑰红染料废水的生物质吸附剂。

为了解决上述技术问题，本发明的处理玫瑰红染料废水的生物质吸附剂，该吸附剂为将樟树叶清洗、干燥后，采用粉碎机粉碎，100目过筛得到的樟树叶粉末。

本发明上述的樟树叶为自然落叶。采用落叶是因为这种叶子生长成熟，水分少，易于干燥，吸附能力强。

本发明上述处理玫瑰红染料废水的生物吸附剂的制备方法，制备步骤包括：

(1)将收集的樟树落叶水洗，然后用NaCl溶液浸泡去除杂质和可溶性物质，再用超纯水冲洗，然后进行烘干；

(2)将步骤(1)烘干后的樟树叶置于粉碎机中粉碎、过筛，得到合适粒径的生物质吸附剂。

本发明步骤(1)所述水洗为先用自来水清洗树叶表面泥沙、土壤等沉积物，再用质量百分比为8-12％的NaCl水溶液中浸泡0.5～2小时，去除表面可溶性有机物；再用超纯水洗涤2～3次，进一步去除表面的水溶性杂质，以避免杂质物质对吸附实验的干扰。

本发明步骤(1)所述的烘干为使用鼓风干燥箱，90-120℃干燥12～24h。

本发明步骤(2)所述的过筛为采用100目的标准检验筛，得到孔径小于0.15mm的樟树叶粉末，装袋备用(粒径尺寸对吸附剂的吸附效率具有较大影响，选用该粒径范围具有较好的吸附能力和沉降效果)。

本发明的上述处理染料废水的生物质吸附剂可以应用于玫瑰红染料废水中，用以吸附玫瑰红染料净化废水，具体的应用为：在待处理的玫瑰红染料溶液中加入一定量的生物质吸附剂，震荡、吸附，其中待处理的玫瑰红染料溶液或称玫瑰红染料废水中的玫瑰红染料的浓度为20～250mg/L，吸附时间为100-200min。

本发明上述的的玫瑰红染料的废水(玫瑰红染料溶液)的pH范围为2～11。

本发明上述投加生物质吸附剂后待吸附的玫瑰红废水溶液的温度为25-35℃，即吸附温度，采用该温度可以保证吸附剂最佳吸附效果，提高吸附效率。

本发明的有益效果：

(1)本发明首次采用樟树落叶经处理后作为生物质吸附剂，且针对性强即可以应用于玫瑰红染料的废液中进行吸附，具有广阔的应用前景和经济价值；该吸附剂既有效的去除了樟树落叶造成的废物堆砌、占用土地等不足，同时也实现了玫瑰红染料废液净化问题，减小环境污染。

(2)本发明该制备方法成本低廉，易于控制；樟树叶生物质吸附剂无需作复杂的化学处理，成本低廉，操作简单，对玫瑰红染料溶液具有优良的吸附性能，短时间即可达到吸附平衡。本发明的生物质吸附剂之所以取自樟树叶是因为本樟树叶表面具有大量的孔隙结构，表面含有羧基、羟基等活性官能团，这些构成了生物质吸附剂表面上的活性吸附点位，有利于玫瑰红染料废水中的污染成分罗丹明B分子在樟树叶生物质吸附剂表面的物理与化学吸附反应的进行，从而有效将污染成分吸附、分离、沉降，从而净化污水。罗丹明B分子结构如下所示：

(2)本发明的玫瑰红初始溶液即使在较为广泛的pH(2-11)范围内，所制备的樟树叶生物质吸附剂仍然具有非常好的吸附能力，不同的金属阳离子、阴离子共存的条件下，仍然具有较好的玫瑰红染料脱除效果，因此本发明的生物质吸附剂相对于玫瑰红染料废液的净化来说具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为实施例4不同盐离子共存对所制备生物质吸附剂吸附溶液中玫瑰红性能的影响。

图2为实施例5不同阴离子共存对对所制备生物质吸附剂吸附溶液中玫瑰红性能的影响。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实例。

实施例1：

将收集的樟树叶先用自来水清洗树叶表面泥沙、土壤等沉积物，用质量百分比为10％NaCl水溶液中浸泡约1小时，再用超纯水洗涤2～3次，使用鼓风干燥箱，100℃干燥12h左右，于粉碎机中粉碎、用100目的标准检验筛，过筛得到孔径小于0.15mm的樟树叶粉末，装袋备用。

用实施例1制备得到的生物质吸附剂进行以下实施例2-7中的溶液中玫瑰红染料吸附实验。

实施例2：

移取100mL初始浓度为20mg/L的玫瑰红溶液置于250mL锥形瓶中，通过0.1mol/L的NaOH溶液(或0.1mol/L的HNO₃溶液)调节玫瑰红溶液的初始pH值，加入300mg所制备的樟树叶粉末为吸附剂，在30℃温度下，170rmp转速下恒温震荡吸附150min后，吸取3ml反应液，9000r/min离心分离2次，采用分光光度计测定上清液中玫瑰红浓度，结果如表1所示：

表1不同pH值玫瑰红染料废水溶液的吸附检查数据

从表2可得知，以樟树叶粉末为生物质吸附剂，随着玫瑰红溶液的初始pH值升高，溶液中玫瑰红的去除率逐步下降，但去除率降幅不超过10％，这表明初始溶液pH值为2～11时，所制备的生物质吸附剂均有较好的吸附效果，具有较为广泛的pH使用范围。

玫瑰红的去除率按公式

其中，C₀玫瑰红溶液的初始浓度(mg/L)，C为吸附后溶液中玫瑰红浓度(mg/L)，该公式同样应用于下列实施例。

实施例3：

移取100mL初始浓度为20mg/L的玫瑰红溶液置于250mL锥形瓶中，加入300mg所制备的樟树叶粉末为吸附剂，在30℃温度下，170rmp转速下恒温震荡吸附150min后，吸取3ml反应液，9000r/min离心分离2次，采用分光光度计测定上清液中玫瑰红浓度，结果如表2所示：

表2不同玫瑰红溶液初始浓度的吸附检查数据

从表2可得知，以樟树叶粉末为生物质吸附剂，随着玫瑰红溶液的初始浓度的升高，生物质吸附剂的吸附量也随之升高，但对溶液中玫瑰红的去除率逐步下降，玫瑰红溶液浓度为20mg/L时，以樟树叶粉末为生物质吸附剂具有最高的去除率，可达92.7％。

生物质吸附剂的吸附量按公式

$Q_e=\frac{V(C_0-C_t)}{m}$

其中，Q_e为吸附平衡后的吸附量，V为染料溶液体积，m是生物质吸附剂的质量，该公式同样适用于下列实施例。

实施例4：

分别称取0.0584g、0.146g、0.292g、0.438g、0.584gNaCl粉末加入装有50mL初始浓度为20mg/L玫瑰红溶液的锥形瓶中，搅拌使NaCl充分溶解后，加入150mg所制备的生物质吸附剂，在30℃温度下，170rmp转速下恒温震荡吸附150min后，吸取3ml反应液，9000r/min离心分离2次，采用分光光度计测定上清液中玫瑰红浓度；

分别称取0.0755g、0.190g、0.378g、0.567g、0.755gCaCl₂粉末加入装有50mL初始浓度为20mg/L玫瑰红溶液的锥形瓶中，搅拌使CaCl₂充分溶解后，加入150mg所制备的生物质吸附剂，在30℃温度下，170rmp转速下恒温震荡吸附150min后，吸取3ml反应液，9000r/min离心分离2次，采用分光光度计测定上清液中玫瑰红浓度；

分别称取0.2033g、0.508g、1.017g、1.525g、2.033gMgCl₂·6H₂O粉末加入装有50mL初始浓度为20mg/L玫瑰红溶液的锥形瓶中，搅拌使MgCl₂充分溶解后，加入150mg所制备的生物质吸附剂，在30℃温度下，170rmp转速下恒温震荡吸附150min后，吸取3ml反应液，9000r/min离心分离2次，采用分光光度计测定上清液中玫瑰红浓度；

分别称取0.0746g、0.186g、0.372g、0.558g、0.744gKCl粉末加入装有50mL初始浓度为20mg/L玫瑰红溶液的锥形瓶中，搅拌使KCl充分溶解后，加入150mg所制备的生物质吸附剂，在30℃温度下，170rmp转速下恒温震荡吸附150min后，吸取3ml反应液，9000r/min离心分离2次，采用分光光度计测定上清液中玫瑰红浓度；

反应结果如附图1所示。从图1可知，当反应体系中存在不同浓度的Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺时，樟树叶生物吸附剂对溶液中玫瑰红的吸附量基本不变，这表明水体中盐离子Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺对樟树叶生物质吸附剂的吸附作用影响较小。

实施例5：

分别称取0.0584g、0.146g、0.292g、0.438g、0.584gNaCl粉末加入装有50mL初始浓度为20mg/L玫瑰红溶液的锥形瓶中，搅拌使NaCl充分溶解后，加入150mg所制备的生物质吸附剂，在30℃温度下，170rmp转速下恒温震荡吸附150min后，吸取3ml反应液，9000r/min离心分离2次，采用分光光度计测定上清液中玫瑰红浓度；

分别称取0.106g、0.265g、0.53g、0.795g、1.06gNa₂CO₃粉末加入装有50mL初始浓度为20mg/L玫瑰红溶液的锥形瓶中，搅拌使Na₂CO₃充分溶解后，加入150mg所制备的生物质吸附剂，在30℃温度下，170rmp转速下恒温震荡吸附150min后，吸取3ml反应液，9000r/min离心分离2次，采用分光光度计测定上清液中玫瑰红浓度；

分别称取0.142g、0.355g、0.710g、1.065g、1.42gNa₂SO₄粉末加入装有50mL初始浓度为20mg/L玫瑰红溶液的锥形瓶中，搅拌使Na₂SO₄充分溶解后，加入150mg所制备的生物质吸附剂，在30℃温度下，170rmp转速下恒温震荡吸附150min后，吸取3ml反应液，9000r/min离心分离2次，采用分光光度计测定上清液中玫瑰红浓度；

分别称取0.085g、0.213g、0.425g、0.638g、0.85gNaNO3粉末加入装有50mL初始浓度为20mg/L玫瑰红溶液的锥形瓶中，搅拌使NaNO₃充分溶解后，加入150mg所制备的生物质吸附剂，在30℃温度下，170rmp转速下恒温震荡吸附150min后，吸取3ml反应液，9000r/min离心分离2次，采用分光光度计测定上清液中玫瑰红浓度；

反应结果如附图2所示。从图2可知，当反应体系中存在不同浓度的Cl^-、SO₄ ^2-、NO₃ ^-时，樟树叶生物吸附剂对溶液中玫瑰红的吸附量基本不变，而反应体系中CO₃ ^2-浓度为0.2mol/L时，樟树叶生物吸附剂对溶液中玫瑰红的吸附量减小为3.97mg/g，这表明水体中阴离子Cl^-、SO₄ ^2-、NO₃ ^-对樟树叶生物质吸附剂的吸附作用影响较小，而水体中阴离子CO₃ ^2-对樟树叶生物质吸附剂的吸附作用影响较大。

上述实施例仅用于对本发明进行说明,并不构成对权利要求范围的限制,本领域技术人员可以想到的其他替代手段,均在本发明权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种处理玫瑰红染料废水的生物质吸附剂，其特征在于：该吸附剂为将樟树叶清洗、干燥后，采用粉碎机粉碎，100目过筛得到的樟树叶粉末。

2.根据权利要求1所述的处理玫瑰红染料废水的生物质吸附剂，其特征在于：所述的樟树叶为自然落叶。

3.根据权利要求1所述的处理玫瑰红染料废水的生物质吸附剂，其特征在于：所述的清洗为先用自来水清洗树叶表面的沉积物，然后在质量百分比为8-12％的NaCl水溶液中浸泡0.5～2小时，再用超纯水洗涤2～3次；所述的干燥为使用鼓风干燥箱，90-120℃干燥12～24h。

4.一种处理玫瑰红染料废水的生物质吸附剂的制备方法，其特征在于：制备步骤包括：

(1)将收集的樟树落叶水洗，然后用NaCl水溶液浸泡去除杂质和可溶性物质，再进行烘干；

(2)将步骤(1)烘干后的樟树叶置于粉碎机中粉碎、过筛，得到合适粒径的生物质吸附剂。

5.根据权利要求4所述的处理玫瑰红染料废水的生物质吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的水洗和NaCl水溶液浸泡为先用自来水清洗树叶表面的沉积物，然后在质量百分比为10％NaCl溶液中浸泡60min，以去除可溶性物质，再用超纯水洗涤2～3次。

6.根据权利要求4所述的处理玫瑰红染料废水的生物质吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的烘干为使用鼓风干燥箱，90-120℃干燥12～24h；步骤(2)所述的过筛得到合适粒径的生物质吸附剂为采用100目的标准检验筛，得到粒径小于0.15mm的樟树叶粉末。

7.一种处理玫瑰红染料废水的生物质吸附剂在处理玫瑰红染料废水中应用。

8.根据权利要求7所述的处理玫瑰红染料废水的生物质吸附剂在处理玫瑰红染料废水中应用，其特征在于：所述的玫瑰红染料废水中玫瑰红染料的浓度为20～250mg/L，生物吸附剂的吸附时间为100-200min。

9.根据权利要求7所述的处理玫瑰红染料废水的生物质吸附剂在处理玫瑰红染料废水中的应用，其特征在于：所述的玫瑰红染料废水的pH范围为2～11。

10.根据权利要求7所述的处理玫瑰红染料废水的生物质吸附剂在处理玫瑰红染料废水中的应用，其特征在于：所述的玫瑰红染料废水其加入生物吸附剂后的吸附温度为25-35℃。