全 文 ：第２９卷第２期
Ｎｏ．２Ｖｏｌ．２９
内江师范学院学报
ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＮＥＩＪＩＡＮＧ　ＮＯＲＭＡＬ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
柠檬皮渣对刚果红的吸附性能
孙绪兵１，２，　杜　娇１，　李琪琪１　＊
（１．内江师范学院 化学化工学院，　四川　内江　６４１１９９；
２．四川省高等学校果类废弃物资源化重点实验室，　四川　内江　６４１１９９）
　　摘　要：以柠檬皮渣作为吸附剂，研究了其吸附阴离子染料刚果红的性质，考察了柠檬皮渣用量、吸附时间、刚
果红初始浓度以及温度对刚果红吸附量的影响．结果表明：柠檬皮渣对刚果红的吸附量随刚果红初始浓度的增加
而增大，随柠檬皮渣用量的增加和温度的升高而降低；柠檬皮渣对刚果红的吸附符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温吸附方程，吸
附动力学符合准二阶动力学方程，吸附过程热力学参数计算结果表明为自发的放热过程．
关键词：柠檬皮渣；吸附；刚果红
中图分类号：Ｘ７９３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１－１７８５（２０１４）０２－００３５－０４
　　享有“中国柠檬之乡”之称的四川安岳具有种植柠
檬基地乡镇２９个，柠檬加工企业１７个，年加工柠檬５
万吨，生产开发的产品有：柠檬油、柠檬发酵果醋、柠檬
果胶、柠檬饮料、柠檬发酵果酒、柠檬茶等，每年深加工
将产生的大量的废弃物柠檬皮渣［１－４］．传统的处理方法
是将其直接进行丢弃、填埋或小部分加工成饲料，既浪
费资源，又给环境带来了负面影响．目前对柠檬皮渣综
合利用研究主要以提取果胶［５－７］、黄酮［１０－１１］、膳食纤
维［８－９］等为主，而柠檬皮渣组成成分中含有很多能与离
子或分子螯合的功能基团，例如羧基、羟基、巯基、氨基
等［１２］，文章将柠檬皮渣作为吸附剂，研究其对造纸业
大量使用的阴离子染料刚果红［１３］的吸附性能，既能够
实现柠檬皮渣废弃物的综合利用，减小柠檬皮渣废弃
物的对环境的污染，获得良好的社会效益，还能够吸附
造纸业污水排放中的染料，达到以废治废、变废为宝的
目的．
１　实验部分
１．１　实验材料
吸附剂的制备：柠檬皮渣用去离子水洗涤，在１０５℃
烘６ｈ时，冷却粉碎，过筛，选取粒径为３０～１００目放干燥
器中备用．
１．２　实验试剂及仪器
柠檬皮渣（四川安岳）、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠
（分析纯，成都市科龙化工试剂厂）、刚果红（温州市东
升化工试剂厂）、ＤＦＹ－Ｃ粉碎机（温岭市林大机械有
限公司）、ＴＵ－１９５０ＵＶ－ＶＩＳ　Ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ（北
京普析通用仪器有限责任公司）、ＢＴ－２２４Ｓ电子分析
天平（北京赛多利斯仪器系统有限公司）、ＤＨＧ－
９０７０Ａ恒温电热鼓风干燥箱、ＳＨＡ－ＣＡ恒温水浴振
荡器（江苏常州诺基仪器有限公司）．
１．３　实验方法
取一定量的柠檬皮渣于２５０ｍＬ碘量瓶中，加入
１００ｍＬ不同浓度的刚果红溶液，在３０℃恒温振荡仪
中振荡一定时间，过滤，用紫外分光光度计在吸光波长
为４８６ｎｍ处测定滤液的吸光度．
吸附量的计算：ｑｅ＝
（Ｃ０－Ｃｅ）Ｖ
Ｗ
；
去除率的计算：η＝
Ｃ０－Ｃｅ
Ｃ０
×１００％．
式中：ｑｅ（ｍｇ／ｇ）为每克吸附剂吸附刚果红的吸附
量，Ｃ０（ｍｇ／Ｌ）为染料的初始浓度，Ｃｅ（ｍｇ／Ｌ）为吸附平
衡时染料浓度，Ｖ（Ｌ）为溶液体积，Ｗ（ｇ）为吸附剂质量．
·５３·
＊ 　收稿日期：２０１３－１１－０７
　基金项目：内江师范学院科研项目（１３ＺＢ０２）
　作者简介：孙绪兵（１９８２－），男，四川德阳人，内江师范学院讲师，硕士．研究方向：废弃物质资源化．
内江师范学院学报 第２９卷第２期
１．４　标准曲
吸光度与浓度标准曲线，标准曲线方程及相关系
数为：Ａ＝０．０２１３×Ｃ＋０．００５３０２，Ｒ２＝１．
２　结果与讨论
２．１　影响柠檬皮渣对刚果红吸附的因素
２．１．１　柠檬皮渣用量对吸附量的影响
取浓度为２５０ｍｇ／Ｌ刚果红溶液１００ｍＬ，分别加
入０．０５、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５ｇ柠檬皮渣，ｐＨ７，３０
℃恒温振荡１ｈ后过滤测定滤液浓度，测得吸附量、去
除率与柠檬皮渣用量的关系如图１所示．吸附量随着
柠檬皮渣用量增加开始快速减少，随后降低缓慢，而去
除率随着柠檬皮渣用量增加开始快速增加，当用量为
０．３ｇ时，去除率进入平台区，去除率达到９５％．由于
柠檬皮渣用量的增加，提供了更多的活性吸附点，而刚
果红总量不变，使得单位质量柠檬皮渣吸附的刚果红
的量逐渐减少，去除率则开始增加．
图１　柠檬皮渣用量对吸附量、去除率影响
２．１．２　吸附时间度对吸附量的影响
取浓度为５０、１００、２５０、３５０、５００ｍｇ／Ｌ的刚果红溶
液１００ｍＬ，ｐＨ７，加入柠檬皮渣０．２ｇ，在３０℃恒温振
荡时间为５、１０、１５、２０、３０、４５、６０、１２０ｍｉｎ，过滤测定滤
液浓度，得到吸附量与吸附时间、刚果红初始浓度的关
系如图２所示．柠檬皮渣对刚果红的吸附明显依赖于
刚果红的初始浓度，随着刚果红的初始浓度的增加，柠
檬皮渣吸附刚果红的量也增加，当刚果红的浓度从５０
ｍｇ／Ｌ增大到５００ｍｇ／Ｌ时，柠檬皮渣对刚果红的饱和
吸附量从２２．２６ｍｇ／ｇ增加到１９７．９５ｍｇ／ｇ．此外，刚果
红初始浓度为５０、１００、２５０ｍｇ／Ｌ时，刚果红和柠檬皮渣
基本上一接触就迅速达到吸附平衡；刚果红浓度为
３５０、５００ｍｇ／Ｌ时，吸附量随着吸附时间的延长而增
加，当吸附时间为４５ｍｉｎ，吸附量趋于不变，吸附达到
平衡，选择１ｈ作为吸附平衡时间．
２．１．３　刚果红浓度对吸附量的影响
图２　吸附时间对吸附量的影响
取浓度为５０、１００、２５０、３５０、５００ｍｇ／Ｌ的刚果红溶
液１００ｍＬ，ｐＨ７，加入０．２ｇ柠檬皮渣，在３０℃和５０℃
分别恒温振荡１ｈ后过滤液浓度，得到刚果红溶质量浓
度对吸附量的关系，如图３所示．随着质量浓度的升高
吸附量逐渐升高．在质量浓度４００ｍｇ／Ｌ之前，３０℃和
５０℃下的吸附量差异不大，当质量浓度超过４００ｍｇ／
Ｌ，吸附量在３０℃明显高于５０℃．
图３　刚果红浓度对吸附量的影响
２．２　吸附动力学
采用了准一阶动力学模型和准二阶动力学模型［１４］对
柠檬皮渣在不同时间、刚果红浓度为３５０、５００ｍｇ／Ｌ对刚果
红吸附量进行动力学线性回归研究．
准一阶动力学方程：ｌｇ（ｑｅ－ｑｔ）＝ｌｇｑｅ－
ｋ１
２．３０３ｔ．
准二阶动力学方程：ｔ／ｑｔ＝１／（ｋ２ｑ２ｅ）＋ｔ／ｑｅ，式中ｑｅ、
ｑｔ（ｍｇ／ｇ）表示平衡时刻和ｔ时吸附刚果红的量，ｋ１（ｍｉｎ－１）
是一阶速率常数，ｋ２为二阶速率常数（ｍｇ／ｇ·ｍｉｎ）．
线性回归得出的准一阶动力学方程和准二阶动力
学方程参数见表１，线性回归动力学曲线见图４和图５．
准二阶动力学方程线性回归相关系数（０．９９）大于准一
阶动力学方程线性回归相关系数（０．９６，０．９７），而且更
加接近１，此外实验测得的平衡吸附量和由准二阶动
·６３·
２０１４年２月 孙绪兵，杜　娇，李琪琪：柠檬皮渣对刚果红的吸附性能
力学方程计算的平衡吸附量非常接近，说明柠檬皮渣
对刚果红的吸附符合准二阶动力学方程．
表１　准一阶动力学方程和准二阶动力学方程
参数和相关系数
动力学
方程
质量
浓度／
（ｍｇ·Ｌ－１）
Ｑｅ，ｅｘｐ／
（ｍｇ·ｇ－１）
Ｑｅ，ｃａｌ／
（ｍｇ·ｇ－１）ｋ
／ｍｉｎ－１　 Ｒ２
准一阶 ３５０　 １４８．８１　 ３４．３８　 ０．１１　 ０．９７
５００　 １９７．８５　 １５６．４７　 ０．１２　 ０．９６
准二阶 ３５０　 １４８．８１　 １５１．２９　６．９９×１０－３　０．９９
５００　 １９７．９５　 ２０２．４３　１．９１×１０－３　０．９９
图４　准一阶动力学方程曲线
图５　准二阶动力学方程曲线
２．３　吸附等温曲线
对在３０℃和５０℃测得的不同浓度下的柠檬皮渣
吸附刚果红的量采用Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温方程和Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ
等温方程［１１］进行线性回归处理．
Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程：１ｑｅ
＝１Ｑ０
＋ １ｂＱ０Ｃｅ
，
Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程：Ｉｎｑｅ＝ＩｎＫＦ＋
１（ ）ｎ ＩｎＣｅ，
式中ｑｅ为每克吸附剂平衡时吸附刚果红的质量（ｍｇ／
ｇ）；Ｃｅ是平衡时染料溶液的浓度（ｍｇ／Ｌ）；Ｑ０ 是吸附剂
最大吸附能力（ｍｇ／ｇ）；ｂ是 Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附常数（Ｌ／
ｍｇ）；ＫＦ 和ｎ为Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ经验常数．
线性回归得出的Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温方程和Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等
温方程参数见表２，线性等温线见图６和图７．在３０℃
和５０℃，Ｌａｎｇｕｉｒ等温吸附方 程 的 线 性 相 关 系 数
（０．９９）明显比Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等温吸附线的线性相关系数
（０．９７、０．９５）高，且更接近１，说明刚果红在柠檬皮渣
上的吸附更适合用Ｌａｎｇｕｉｒ等温吸附方程描述．
表２　Ｌａｎｇｍｕｉｒ和Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等温吸附方程参数及相关系数
温度
Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程
Ｑ０／
（ｍｇ·ｇ－１）
ｂ／
（Ｌ·ｍｇ－１） Ｒ
２
Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程
ＫＦ ｎ　 Ｒ２
３０℃ ３８９．１１　 １１．１９×１０－３　 ０．９９　 ５．４０　 １．３７　０．９７
５０℃ ３５８．４２　 １０．４１×１０－３　 ０．９９　 ４．８２　 １．４１　０．９５
２．４　吸附过程热力学参数计算
对等温吸附过程的热力学参数使用如下方程进行
计 算：ΔＧΦ ＝ΔＨΦ －ＴΔＳΦ，ΔＧΦ ＝ －ＲＴＩｎ（Ｋ），
Ｉｎ Ｋ２Ｋ（ ）１ ＝ΔＨ
Φ
Ｒ
１
Ｔ１
－１Ｔ（ ）２ ，其中，ΔＧΦ 为吉布斯自由
能（Ｊ／ｍｏｌ）、ΔＨΦ 为焓变（Ｊ／ｍｏｌ）、ΔＳΦ 为熵变（Ｊ／ｍｏｌ）、
Ｒ为理想气体常数（８．３１４Ｊ／ｍｏｌ· Ｋ），Ｔ为温度（Ｋ），
Ｋ为Ｌａｎｇｕｉｒ吸附常数，得到的结果如表３所示．
图６　Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温吸附线
表３　不同温度下柠檬皮渣吸附刚果红的热力学参数参考值
Ｔ／℃ ΔＨ
Φ／
（ｋＪ·ｍｏｌ－１）
ΔＧΦ／
（ｋＪ·ｍｏｌ－１）
ΔＳΦ／
（Ｊ·ｍｏｌ·Ｋ）
３０ －２．９４ －２２．５７　 ６４．８０
５０ －２３．８７
　　由表３可知，ΔＧΦ 为负值，说明柠檬皮渣对刚过红
的吸附是自发进行的；ΔＨΦ 为负值表明柠檬皮渣对刚
果红的吸附是放热反应，升高温度不利于吸附进行，这
与前面温度对吸附量的影响的实验结果相一致．并且
由表１可知，当温度从３０℃升高５０℃时，由Ｌａｎｇｍｕｉｒ
等温吸附吸附方程计算出的最大理论吸附量也由
·７３·
内江师范学院学报 第２９卷第２期
图７　Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等温吸附线
３８９．１１ｍｇ／ｇ降低到３５８．４２ｍｇ／ｇ．典型的物理吸附过
程焓变为－４～－４０ｋＪ／ｍｏｌ［１５］，因此可判定柠檬皮渣
对刚果红的吸附行为属于物理吸附过程．正ΔＳΦ 表明
有利于柠檬皮渣对刚果红的吸附．
３　结论
柠檬皮渣对刚果红的吸附量随着随着吸附剂用量
增加和温度升高而降低，随着染料初始浓度增加而增
加．柠檬皮渣对刚果红的吸附符合 Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温吸
附，吸附动力学遵从准二阶动力学模型，且属于典型的
自发的放热物理吸附过程．
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ｇｒａｎｄｉｓ）ｐｅｅｌ　ｉｎ　ａ　ｂａｔｃｈ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｃｏｌｏｉｄｓ　ａｎｄ
Ｓｕｒｆａｃｅｓ　Ａ：Ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ａｓｐｅｃｔｓ，
２００８，３１６（１／３）：７８－８４．
［１５］Ｂｅｋｃｉ　Ｚ，Ｓｅｋｉ　Ｙ，Ｙｕｒｄａｋｏｃ　Ｍ　Ｋ．Ａ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｍ
ａｎｄ　ＦＴＩＲ，ＳＥＭ／ＥＤＳ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｒｉｍｅｔｈｏｐｒｉｍ
ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｏｎｔｏ　Ｋ１０［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，
２００７，８２７（１／３）：６７－７４．
Ｏｎ　ｔｈｅ　Ａｄｓｏｒｐｔｉｖｅ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｌｅｍｏｎ　Ｐｅｅｌ　ｔｏ　Ｃｏｎｇｏ　Ｒｅｄ
ＳＵＮ　Ｘｕ－ｂｉｎｇ１，２，ＤＵ　ｊｉａｏ１，ＬＩ　Ｑｉ－ｑｉ　１
（１．Ｃｏｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｅｉｊｉａｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎｅｉｊｉａｎｇ　６４１１９９，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｆｒｕｉｔ　Ｗａｓｔｅ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ，Ｎｅｉｊｉａｎｇ　６４１１９９，Ｃｈｉｎａ）
　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｅｍｏｎ　ｐｅｅｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｂｅｎｔ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｆｏｒ　ｉｔｓ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｔｏ　ｒｅｍｏｖｅ　ｔｈｅ　ａｎｉｏｎｉｃ　ｄｙｅ　Ｃｏｎｇｏ　ｒｅｄ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ
ａｄｓｏｒｂｅｎｔ　ｄｏｓａｇｅ，ｃｏｎｔａｃｔ　ｔｉｍｅ，ｉｎｉｔｉａｌ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｏｎｇｏ　ｒｅｄ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ
ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｏｎｇｏ　ｒｅｄ　ｏｎ　ｌｅｍｏｎ　ｐｅｅｌ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ａｄｓｏｒｂｅｎｔ　ｄｏｓａｇｅ　ａｎｄ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｗｈｉｌｅ　ｉｔ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ａｓ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｏｎｇｏ　ｒｅｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｔｈｅ　ｂｉｏｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｅｍｏｎ　ｐｅｅｌ　ｔｏ　Ｃｏｎｇｏ　ｒｅｄ
ｆｉｔｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｌａｎｇｍｕｉｒ　ｉｓｏｔｈｅｒｍ　ｍｏｄｅｌ；Ｔｈｅ　ｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｋｉｎｅｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｃｏｎｇｏ　ｒｅｄ　ｏｎ　ｌｅｍｏｎ　ｐｅｅｌ　ｏｂｅｙｓ　ｔｈｅ　Ｐｓｅｕｄｏ－Ｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒ　Ｍｏｄｅｌ；
Ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｉｓ　ａ　ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ　ｅｘｏｔｈｅｒｍｉｃ　ｐｒｏｃｅｓｓ．
　　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌｅｍｏｎ　ｐｅｅｌ；Ｃｏｎｇｏ　ｒｅｄ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ （责任编辑：胡　蓉）
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