全球每年所生產(chǎn)的染料中有約5%~10%被排放到環(huán)境中〔1〕。多數(shù)染料因其具有致癌性而危及到水生生物和人類的健康〔2〕。這類污染物質(zhì)的排放控制變得越發(fā)嚴(yán)格，促使企業(yè)在排放染料廢水前須對其進(jìn)行有效的處理〔3〕。大多數(shù)染料化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜而穩(wěn)定，采用光解及氧化的方法無法有效處理這些染料〔4〕。目前采用吸附的方法來處理染料廢水得到了研究者的青睞，這種處理方法不會產(chǎn)生大量的污泥或者有害物質(zhì)。采用活性炭吸附染料是常見的吸附方法，但是廢水處理的高成本和嚴(yán)格的操作條件是影響該方法推廣的主要原因〔5〕。因此，尋找無毒無害、成本低廉、處理效果好的吸附劑成為該研究領(lǐng)域的重要方向。

　　目前，采用農(nóng)業(yè)廢料或者工業(yè)廢料來處理廢水的報(bào)道逐漸增多〔6〕，也有采用一些藻類、菌類生物質(zhì)等處理污染物的文獻(xiàn)報(bào)道〔7〕。熒光素是一種在藍(lán)光或紫外線照射下發(fā)出綠色熒光，被廣泛用于熒光抗體技術(shù)的熒光染料。該染料作為熒光示蹤劑，在醫(yī)藥、生化、石油等行業(yè)里都有廣泛的應(yīng)用，熒光素化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖 1所示。研究采用農(nóng)業(yè)廢料花生殼以及花生殼炭化材料，對水體中熒光素的吸附作用機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)研究。

 圖 1 熒光素分子結(jié)構(gòu)

　　1 材料和方法

　　1.1 試劑和儀器

　　試劑：熒光素，1.000 g/L，稱取熒光素固體1.000 g，置于50 mL小燒杯中，用滴管加入適量濃度為1 mol/L的NaOH溶液，攪拌直至熒光素完全溶解，轉(zhuǎn)移溶液至1 L容量瓶中，用去離子水定容至1 L。試驗(yàn)所用藥品均為分析純，試驗(yàn)用水均為去離子水。

　　儀器：F-7000型熒光光譜儀，日本日立公司;FUMA QYC 200型恒溫?fù)u床，上海福瑪實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;KQ-100DB型超聲清洗器，昆山市超聲儀器有限公司;精密pH計(jì)，上海雷磁儀器廠。

　　1.2 花生殼材料及炭化花生殼的制備

　　花生殼取自農(nóng)貿(mào)市場。用自來水清洗干凈后，再用去離子水清洗3次，在通風(fēng)櫥中將其晾干，置于烘箱中于105 ℃下烘干至恒重，在干燥器中冷卻，然后用粉碎機(jī)粉碎至粉末狀，裝入廣口瓶中備用。

　　稱取粉碎好的花生殼5 g置于瓷坩堝中，蓋好。置于馬弗爐中炭化1 h。馬弗爐的溫度以150 ℃為升溫梯度升溫，間隔為10 min，待溫度升至750 ℃時，炭化1 h〔8〕。炭化結(jié)束后，將炭化的花生殼粉末轉(zhuǎn)移至200 mL的燒杯中，加入20 mL濃度為1 mol/L的HCl清洗3次，然后用去離子水清洗3次，將溶液過濾，然后將濾渣和濾紙一起置于烘箱中，在105 ℃溫度下烘干至恒重;在干燥器中將炭化的花生殼粉末冷卻，然后裝入廣口瓶中備用。

　　1.3 熒光素吸附試驗(yàn)過程

　　在250 mL的錐形瓶中加入一定量的花生殼粉末或者炭化的花生殼粉末及一定濃度的熒光素溶液50 mL，用1%的HCl溶液及1%的NaOH溶液調(diào)節(jié)樣品溶液到某一pH，然后將錐形瓶置于恒溫振蕩器中以150 r/min振蕩，到達(dá)反應(yīng)時間后取出錐形瓶，用濾紙過濾溶液，采用分子熒光法測定濾液中熒光素的濃度，計(jì)算熒光素吸附量，重復(fù)3次。研究中所有溶液中熒光素的測定均采用分子熒光光度法，在激發(fā)波長λex為490 nm，發(fā)射波長λem為525 nm，激發(fā)光及發(fā)射光的狹縫均為5 nm的條件下完成測定。

　　熒光素被花生殼和炭化花生殼吸附的吸附量用Qe表示，其計(jì)算方式如下：

　　式中：Qe——t 時刻的吸附容量，mg/g;

　　C0、Ce——分別代表熒光素的原液質(zhì)量濃度和t 時刻的質(zhì)量濃度，mg/L;

　　V ——移取的溶液體積，L;

　　m——投加吸附劑的量，g。

　　1.4 吸附模型

　　吸附等溫模型是用來衡量吸附劑表面性質(zhì)和吸附性能的重要工具。在生物吸附過程中常采用的吸附模型有Langmuir吸附模型和Freundlich吸附模型〔9〕。Langmuir吸附模型主要假設(shè)吸附質(zhì)在吸附劑固體表面是單分子層吸附，表面上各個吸附位置分布均勻，發(fā)生吸附時燴變相同，這個模型已經(jīng)成功應(yīng)用于很多單分子層吸附過程。其表達(dá)式如下：

　　式中：b——Langmuir常數(shù)，L/mg;

　　Qmax——最大吸附容量，mg/g;

　　Ceq——最大吸附量時熒光素在溶液中的質(zhì)量濃度，mg/L。

　　b與吸附質(zhì)和吸附劑之間的親和力相關(guān)聯(lián)。

　　Langmuir吸附模型的基本特征可以用無量綱的平衡參數(shù)RL來表示：

　　RL>1，表示該體系的等溫吸附是不可能發(fā)生的;0

　　Freundlich吸附模型是用來描述非均相吸附體系的經(jīng)驗(yàn)式模型，若固體表面是不均勻的，交換吸附平衡常數(shù)將于表面覆蓋度有關(guān)。其表達(dá)式如下：

　　式中：k ——Freundlich吸附常數(shù);

　　1/n——吸附強(qiáng)度指數(shù)。

　　k與吸附劑和吸附質(zhì)的種類、性質(zhì)以及所采用單位有關(guān);1/n的值越偏離1，表明吸附等溫線的線性關(guān)系越不好。

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 pH對吸附性能的影響

　　溶液的pH對液-固吸附介質(zhì)的吸附性能有顯著的影響〔11〕。試驗(yàn)中熒光素的初始質(zhì)量濃度為100 mg/L，吸附時間為24 h，pH變化對花生殼及炭化花生殼吸附性能的影響如圖 2所示。

 圖 2 pH對溶液中熒光素吸附的影響

　　由圖 2可見，在pH為3~9的范圍內(nèi)，花生殼及炭化花生殼的吸附量趨勢為隨著pH的升高而降低。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是熒光素里存在羰基、羥基及羧基等活潑的官能團(tuán)，在不同的pH下存在著多種共軛結(jié)構(gòu);同時在花生殼和炭化花生殼材料的表面中也存在多種有機(jī)官能團(tuán)(如巰基、氨基等)及這些官能團(tuán)的陰離子及陽離子型結(jié)構(gòu)，因此在不同的pH條件下，表現(xiàn)出很大的吸附能力差異。筆者研究后續(xù)試驗(yàn)只在溶液pH為3的條件下進(jìn)行。

　　2.2 吸附時間對吸附過程的影響

　　在常溫條件下，分別用花生殼原材料及炭化花生殼來研究吸附時間對熒光素吸附量的影響。此試驗(yàn)過程采用50 mL質(zhì)量濃度為10 mg/L的熒光素溶液，原材料投加量為0.2 g，吸附時溶液pH為3，吸附時間為1~12 h，試驗(yàn)結(jié)果如圖 3所示。

 圖 3 吸附時間與吸附量的關(guān)系

　　由圖 3可見，花生殼及炭化花生殼都在8 h左右達(dá)到吸附平衡。因此，選擇吸附時間8 h進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

　　2.3 等溫吸附

　　在常溫條件下，量取50 mL質(zhì)量濃度分別為10~100 mg/L的熒光素溶液、用恒溫?fù)u床搖8 h，測定不同平衡濃度時熒光素在花生殼及炭化花生殼上的平衡吸附量，分別采用Langmuir、Freundlich等溫方程式對吸附平衡時的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)果如圖 4、表 1所示。

 圖 4 花生殼及炭化花生殼等溫吸附曲線

 

　　由圖 4、表 1可見，花生殼及炭化花生殼對熒光素的吸附均可以采用Langmuir模型及Freundlich模型來模擬，兩種材料在30 ℃及40 ℃反應(yīng)條件下的相關(guān)系數(shù)R2都大于0.90。通過Langmuir模型計(jì)算出來的Qmax在61.728~303.030 mg/g之間，而且炭化花生殼的最大吸附量顯著大于花生殼的最大吸附量。Freundlich模型的吸附強(qiáng)度n值在1.218~2.022之間，表明花生殼及炭化花生殼吸附熒光素也符合Freundlich模型。

　　花生殼及炭化花生殼的Langmuir模型平衡參數(shù)RL計(jì)算結(jié)果如表 2所示。

　　由表 2可見，RL均小于1，說明在筆者研究的試驗(yàn)條件下該吸附反應(yīng)均能夠發(fā)生。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　3 結(jié)論

　　通過研究可知，花生殼及炭化花生殼可以作為吸附劑吸附廢水中的熒光素，在pH為3，吸附時間為8 h的最佳吸附條件下，花生殼及炭化花生殼對熒光素的吸附符合Langmuir模型及Freundlich模型。炭化花生殼的Qmax值大于花生殼的Qmax值，表明原材料經(jīng)炭化處理后，其吸附能力明顯提高。由結(jié)果可知，采用花生殼及炭化花生殼處理含熒光素的廢水具有一定的應(yīng)用價(jià)值。