一种亚甲基蓝染料吸附剂及其制备和使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于染料吸附技术领域，特别涉及一种桂圆壳染料吸附剂及吸附水中亚甲 基蓝染料的方法。
【背景技术】
[0002] 纺织、造纸、印刷、医药、化妆品等行业的迅速发展促进了染料的大量使用，据不完 全统计，目前使用的染料就有10万种之多，然而，约有10~15%的染料在其制备和使用过 程中被释放到环境中。这些染料都是有机物，进入水体后阻碍水体透光性，减缓水生植物 的光合作用和生长，降低水中气体的溶解，破坏水生生态系统；同时，染料颜色鲜艳，溶入水 中、土壤、大气或者生活环境中，给人造成感官上的污染，此外，许多染料被怀疑具有致癌、 致突变和毒性，因此，染料废水的治理工作受到了人们的广泛关注；亚甲基蓝是一种广泛应 用的阳离子染料，又称碱性染料和盐基染料，主要用于腈纶纤维染色，其造成的废水污染具 有强度高、色光鲜艳、难降解等去除难点，是染料废水中常见污染物之一。
[0003] 目前，处理染料废水的方法有物理法、化学法和生物法，具体包括吸附、混凝/絮 凝、氧化、臭氧化、膜过滤、电浮选法、电动凝结、电化学破坏、离子交换、辐射、沉淀和生物 处理等过程，这些方法可以成功实现废水脱色的工业化，但其操作都比较复杂，还可能造 成二次污染；吸附法是利用吸附剂对液体或气体中某组分具有选择性吸附的能力，使其 富集在吸附剂上，从而实现混合物中该组分分离的过程，吸附法具有不用或少用有机溶 剂，操作安全简便，无二次污染等优点，因此受到广泛关注；常用的吸附剂有活性炭、氧化 铝、分子筛、大网状树脂等，但是这些吸附剂不是价格昂贵，就是吸附性能不理想，因而无 法实现大规模工业应用；近年来，不少科研工作者开始利用价格低廉的天然材料制备染 料吸附剂，例如稻壳（Safa Y，Bhatti HN. Kinetic and thermodynamic modeling for the removal of Direct Red-31 and Direct 0range-26 dyes from aqueous solutions by rice husk[J]· Desalination，2011: 272-13·)、甘庶渣（Khattri SD，Singh MK. Colour removal from dye wastewater using sugar cane dust as an adsorbent[J]. Adsorption Science & Technology，1999，17: 269 - 82·)、树皮（McKay G，Porter JF， Prasad GR. The removal of dye colours from aqueous solutions by adsorption on low-cost materials [J]· Water Air and Soil Pollution，1999，114: 423 - 38·)、花 生壳（李杰.花生壳对水中染料吸附性能的研究[D].郑州大学，硕士论文，2011.)、 梧皮（Namasivayam C，Muniasamy Nj Gayatri K，Rani M，Ranganathan K. Removal of dyes from aqueous solutions by cellulosic waste orange peel [J]. Bioresource Technology，1996，57: 37 - 43.)等；但是，目前报道的大多数天然吸附剂吸附染料 的效果一般，部分的天然吸附剂还需进一步化学改性才能获得更好的吸附性能，例如 Thangamani KS等人用浓H2SCVFP NaHCO3处理丝棉壳废弃物得到了改性丝棉壳（Thangamani KSj Sathishkumar M， Sameena Y， Vennilamani N， Kadirvelu K， Pattabhi S， Yun SE. Utilization of modified silk cotton hull waste as an adsorbent for the removal of textile dye (reactive blue MR) from aqueous solution[J]· Bioresource Technology, 2007，98: 1265 - 1269·)，Elizalde-Gonzalez MP 等人通过磷酸和几种不 同的胺改性了玉米芯，并用于吸附实验（Elizalde-Gonzalez MP, Mattusch J, Wennrich R. Chemically modified maize cobs waste with enhanced adsorption properties upon methyl orange and arsenic[J]. Bioresource Technology, 2008, 99: 5134 -5139)，这些改性过程增加了吸附成本，也使操作步骤更为繁杂；因此，在环保意识日益增强 的今天，发展与寻求绿色高性价比的天然染料吸附剂具有重要意义。
[0004] 综上所述，现有技术中吸附法处理染料废水过程中所使用的吸附剂的制备仍未达 到理想的效果，综合性能优异的新型的用于吸附染料的吸附剂的研发仍是当前该技术领域 科研工作的热点和难点。
[0005] 桂圆（龙眼）是一种热带水果，属于无患子科植物，原产于南亚，现已被引入其他气 候温暖的地区；目前国内外对桂圆的研究主要集中在食用和药用方面，而对桂圆壳的研究 和利用较少，每年有大量废弃的桂圆壳没有得到合理利用，桂圆壳主要成分是纤维素、木质 素和类黄酮，能提供大量的羟基、羧基等活性基团，具备吸附材料的结构，如果利用其制备 吸附剂处理染料废水，不仅可以减轻大量丢弃桂圆壳造成的污染，还可以变废为宝，实现桂 圆壳资源化利用，达到以废治废的效果。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的主要是根据现有技术中的不足，提供一种成本低廉、制备工艺简单 的桂圆壳染料吸附剂及吸附水中亚甲基蓝染料的方法。
[0007] 为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：作为一个总的技术构思，本发明 提供了桂圆壳吸附剂的制备方法：首先，用自来水清洗废弃的桂圆壳洗净，再用蒸馏水洗 涤，去除杂质后过滤分离；然后放入鼓风干燥箱干燥；最后，将干燥的桂圆壳机械粉碎，过 筛，即得桂圆壳吸附剂。
[0008] 上述桂圆壳吸附剂的制备方法中，所述洗涤次数为3~10次，所述的干燥为用鼓 风干燥箱在30-70°C下干燥24-72h，制备的染料吸附剂的粒径在小于355 μπι。
[0009] 上述得到的桂圆壳吸附剂不做任何化学处理，可直接用作水中亚甲基蓝染料的吸 附剂。
[0010] 作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述吸附剂去除水中亚甲基蓝染料的 方法，具体包括以下步骤：采用批次法，设定单一变量，将所述的桂圆壳吸附剂直接与亚甲 基蓝溶液混匀，磁力搅拌吸附，离心分离出桂圆壳，采用可见分光光度法测其浓度，然后按 照（1)式计算亚甲基蓝的去除率，按照（2)式计算吸附剂的吸附量。
[0011] R= (Co-〇/CoX100% (1) Q = (C0-Ct) V/m (2) 其中为亚甲基蓝的去除率，泛为吸附剂的吸附量（mg/g)，G为亚甲基蓝溶液的初始 浓度（mg/L)，为吸附后溶液中亚甲基蓝的浓度（mg/L)，伪用于吸附的亚甲基蓝溶液的 体积（mL)，a?为桂圆壳加入的质量（g)。
[0012] 根据实验数据，分别绘制亚甲基蓝去除率财P吸附剂的吸附量砸吸附时间?、吸 附剂质量?、温度7；溶液初始冰和溶液初始浓度G等因素的变化图，考察桂圆壳去除亚甲 基蓝的最佳吸附条件。
[0013] 上述桂圆壳吸附剂去除废水中亚甲基蓝染料的方法中，亚甲基蓝溶液的初始浓度 为50~500mg/L，每50ml亚甲基蓝溶液加入的吸附剂用量为0· 05~0· 30g ;所述磁力搅拌 吸附条件：磁力搅拌吸附温度为10~60°c，磁力搅拌吸附时间为5min~12h，磁力搅拌吸 附pH为2~12。
[0014] 进一步地，每50ml亚甲基蓝溶液加入的吸附剂用量为0. 15g。
[0015] 进一步地，磁力搅拌吸附时间为30-60min。
[0016] 进一步地，磁力搅拌吸附温度为10~30°C。
[0017] 进一步地，磁力搅拌吸附pH为6~12。
[0018] 进一步地，亚甲基蓝溶液的初始浓度为100~300mg/L。
[0019] 与现有技术相比，本发明的优点在于： (1)本发明制备的吸附剂的原料为桂圆壳，为废弃物，来源丰富，价廉无毒。
[0020] (2)本发明通过洗涤、干燥、粉碎、过筛等简单的物理处理，利用桂圆壳制备得到了 亚甲基蓝染料吸附剂，该方法不涉及化学改性，安全易行，适合连续大规模的批量生产。
[0021] (3)本发明提供的桂圆壳吸附剂去除亚甲基蓝染料的方法具有设备设施少，步骤 简便，吸附速率快，吸附效率高等特点，如2h即可达到吸附平衡，亚甲基蓝染料的去除率最 高可达到96. 75%，最大吸附量可达到136. 44mg/g。
【附图说明】
[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的 附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的 前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023] 图1为实施例1-6测得的吸附剂质量对桂圆壳吸附亚甲基蓝溶液的影响图。
[0024] 图2为实施例1测到的吸附前后的桂圆壳吸附剂的红外谱图。
[0025] 图3为实施例7-24测得的不同温度下吸附时间对吸附亚甲基蓝溶液的影响图， (a)吸附剂吸附量；（b)染料去除率。
[0026] 图4为实施例25-30测得的溶液初始pH对桂圆壳吸附亚甲基蓝溶液的影响图。
[0027] 图5为实施例31-37测得的溶液初始浓度对桂圆壳吸附亚甲基蓝溶液的影响图。
[0028] 具体的实施方式 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。