全 文 ：　　　收稿日期:2004-03-09;修回日期:2004-10-21
基金项目:安徽省教育厅自然科学基金(2003kj164)及安徽师范大学专项基金(2004xzx08)资助
花生壳粉作为生物吸附剂去除水溶液中
偶氮染料的研究
杨　超 ,柯丽霞 ,龚仁敏 ,刘慧君 ,孙影芝
(安徽师范大学生命科学学院 ,芜湖　241000)
摘　要:用低值的花生壳粉作为生物吸附剂对苋菜红 、日落黄两种偶氮染料进行了吸附研究 ,目的是寻求经济的染料废水
处理方法。考察了 pH 、染料浓度 、吸附剂量 、吸附剂粒径 、离子强度和吸附时间等因素对染料吸附的影响 ,确定了最佳吸附
条件。结果显示 ,初始 pH2 ,两种偶氮染料的去除率较高。吸附等温线符合 Langmuir和 Freundlich 模式 , 吸附过程符合准一
级反应动力学方程。研究结果表明 ,花生壳是一种很有前途的偶氮染料废水处理生物材料。
关键词:花生壳;生物吸附;偶氮染料;苋菜红;日落黄
中图分类号:X703.1 文献标识码:B 文章编号:1008-9632(2005)02-0045-04
　　与天然染料相比 ,合成染料因使用方便 、性质稳
定 、成本低 、品种多等优点而被广泛地应用于纺织 、造
纸 、橡胶 、塑料 、化妆品 、制药和食品工业[ 1～ 3] 。目前商
品染料已有一万多种[ 4] ,其中多数具有复杂的芳环结
构而难以生物降解[ 5] 。染料的广泛使用导致染料废水
大量排放到自然水体中 ,造成水体污染 。即便是少量
的染料废水排放也会导致大片水体着色 ,这不仅影响
水体的美观而且减少透光量 ,进而影响生物的光合作
用。工业生产中 ,染料废水的去除方法有絮凝[ 6] 、氧化
或臭氧化[ 7～ 8] 、膜分离[ 9] ,和活性炭吸附[ 10]等 ,但这些
技术因效率低 、成本高等原因 ,难以普遍使用。活性炭
吸附是目前应用最广的染料废水处理方法 ,但活性炭
价格相对较高 ,使用后需再生 ,这又会产生再生费用 ,
并且产生二次染料废水或导致吸附剂及吸附能力的损
失 ,因此其使用也受到限制 。人们开始寻找廉价易得 、
可更新的材料用于处理染料废水。一些农业废弃物已
被用于此项研究 ,这些材料可以一次性使用 ,然后适当
处置 ,也可用作供能燃料或做为固体发酵的底物 、利用
微生物来生产土壤调节剂和动物饲料。
本文考察了花生壳作为吸附剂去除水溶液中偶氮
染料的可行性。花生壳是一种廉价的农作物废弃物 ,
产于各地且量大 ,用花生壳来吸附染料的研究国内外
尚未见报道 。选用的两种偶氮染料为苋菜红 、日落黄 。
对影响吸附效果的各种因素(pH值 、染料浓度 、吸附剂
量 、吸附剂粒径 、离子强度及吸附时间)进行了研究 ,确
定了最佳吸附条件。
1　材料和方法
1.1　吸附剂制备
实验用花生壳购自当地农贸市场 ,自来水浸泡后
清洗除去泥土和灰尘 ,蒸馏水洗涤 , 80℃烘干至恒重 ,
经粉碎后选取分散度良好的部分过筛制成不同直径的
颗粒 ,置干燥器内备用 。
1.2　染料溶液制备
两种纯度为 80%～ 85%的偶氮染料(苋菜红 、日落
黄),用蒸馏水配成 200mg/L 的贮存液 ,使用时再按准
确比例稀释成相应浓度的溶液。
图 1　初始 pH 对花生壳生物吸附苋菜红 ,日落黄的影响
(染料浓度:50mg/ L;吸附剂量:5g/ L:粒径:80～ 100目;吸附时间:36小时)
Fig1.Effect of initial pH on biosorption of Am ,SY by powdered peanut hull
(dye concentration:50mg/L;sorbent dose:5g/ L;
particle size:80～ 100mesh;contact time:36h)
1.3　实验方法与染料测定
取事先用 0.1M HCl或 NaOH将 pH 调至适当数值
(pH2),浓度为 50mg/L 的两种染料溶液 100m1分别置
于 250mL的三角烧瓶中 ,加入一定剂量(5.0g/L),粒径
为 80 ～ 100目的吸附剂后密封瓶口以防吸附过程中溶
液体积改变 ,室温条件下(20±2℃),在调速多用震荡
器上以 150rpm速度震荡吸附至预定的时间(36小时),
自三角烧瓶中取样 ,经200目不锈钢网过滤后在高速离
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心机上以 15000rpm 离心沉降吸附剂颗粒 , 上清液用
752W(紫外-可见)分光光度计在染料的最大吸收波长
下(苋菜红:520nm、日落黄:490nm)测定吸光值 ,根据标
准曲线计算溶液中染料浓度:吸附量 q按下式计算:
q=(C0-Ce)V/W
　　式中 , q(mg/g)为每克吸附剂吸附染料的量 , C0
(mg/L)为染料溶液初始浓度 ,Ce(mg/L)为吸附平衡时
溶液中染料浓度;V(L)为溶液体积 ,W(g)为吸附剂量 。
实验重复三次 ,每次都用无吸附剂的染料溶液在同样
条件下实验作为对照 ,从而排除容器可能对染料吸附
而造成的误差。
2　结果与分析
2.1　pH 值的影响
由于初始 pH 值对染料吸附的影响较大 ,故首先考
察了 pH 值对两种偶氮染料吸附的影响。从图 1 可以
看出:pH2 ～ 11范围内 ,两种染料的吸附率在 pH2时最
高;在 pH2 ～ 5范围内 ,随 pH 的增加 ,染料吸附率明显
下降:pH5以后 ,染料去除率不再有明显的改变;因此选
择 pH2进行其它影响因素的实验。
图 2　染料浓度对花生壳生物吸附苋菜红 、日落黄的影响
(吸附剂量:5g/L;粒径:80～ 100目;吸附时间:36小时;pH:2)
Fig2.Influence of dye concent raton on biosorption of Am , SY by powdered peanut
hull(sorbent dose:5g/ L;particle size:80～ 100 mesh;contact time:36h;pH:2)
2.2　染料浓度的影响
如图 2所示 ,在 10mg/L 至 l00mg/L的范围内 ,随着
染料浓度的增加 ,两种偶氮染料的吸附率都有所下降;
其中 ,苋菜红的吸附率从 98.7%下降至 72.83%,日落
黄从 99.57%降至 70.42%。
用Langmuir和 Freundlich吸附等温线方程对图2的
数据进行模拟。线型的 Langmuir方程如下:
Ce/qe)=1/(aQm)+Ce/Qm
式中:Ce(mg/L)为吸附平衡时溶液中染料浓度;qe
(mg/g)为平衡时吸附剂的染料吸附量;Qm为吸附剂最
大吸附量 , a为 Langmuir常数 ,Qm 和α值可由直线方程
的斜率和截距算出。
Freundlich方程线性化为:
1nQe =1nK+(1/n)1nCe
式中:Qe 为吸附平衡时吸附剂吸附的染料量 , Ce
为平衡时溶液中染料浓度 , K 、1/n 为经验常数 ,其值可
由直线方程的斜率和截距算出。
Langmuir利 Freundlich 方程的拟合结果列于表 1。
由两方程的线性相关系数 R2 值可以判定:两种染料的
生物吸附对两个方程都拟合良好 。
表 1　Langmuir 方程的 Qm 、a 值 , Freundlich方程 K 、
1/ n 值方程的线性相关系数
Table1.The Qm andαvalues in Langmuir equation , the K and 1/ n values
in Freundlich equation and the correlation coeffi cients of equations
染料 Langmuir
Qm(mg/ g) α R2
Freundlich
K l/ n R2
苋菜红 14.90 0.766 0.9952 5.320 0.353 0.9254
日落黄 13.90 0.495 0.9745 4.941 0.299 0.9802
图 3　吸附剂量对花生壳生物吸附苋菜红 、日落黄的影响
(染料浓度:50mg/ L;粒径:80～ 100目;吸附时间:36小时;pH:2)
Fig3.Effect of sorbent dose on biosorption of Am ,SY by powdered peanut hull
(dye concentration:50mg/ L;particle size:80～ 100mesh;contact time:36h;pH:2.0)
2.3　吸附剂量的影响
吸附剂量对染料去除率的影响见图 3。当染料浓
度为 50mg/L时 ,在 1.0 ～ 10.0g/L 范围内 ,随着吸附剂
量的增加 ,染料的去除率增加 ,苋菜红的吸附率从 33.
64%增至 98.64%,日落黄的吸附率从 24.72%增至 98.
26%。我们认为 ,染料吸附率随吸附剂量的增加而提
高是由于吸附剂量的增加一是增加了吸附表面积 ,二
是增加了参与吸附的基团数 。从图 3可以看到 ,吸附
剂量在 5.0g/L 时 ,吸附已基本达到最大值 ,随后吸附
剂量的增加对染料的吸附率已无明显影响 。所以 ,后
续实验均采用 5.0g/L 的吸附剂量 。
2.4　吸附剂粒径的影响
图 4　吸附剂不同粒径对花生壳生物吸附苋菜红 、日落黄的影响
(染料浓度:50mg/L;吸附剂量:5g/ L;吸附时间:36小时;pH:2.0)
Fig4.Inf luence of particle size on biosorption of Am ,SY by powdered peanut hull
(dye conecntration:50mg/ L;sorbent dose:5g/ L;contact time;36h;pH:2)
　　图 4显示了吸附剂的不同粒径对染料吸附的影
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响。随着吸附剂粒径的减小 ,染料吸附率增大;但吸附
剂粒径为 80 ～ 100目时 ,两种染料的去除率都已接近最
大值 。为便于吸附剂的分离 ,选择 80 ～ 100目的花生壳
粉作为各种实验参数研究的吸附剂 。
2.5　离子强度的影响
在染料溶液中加入一定浓度的NaCl来考察离子强
度对染料生物吸附的影响 ,NaCl的浓度在 0 ～ 0.5M 范
围。从图 5可以看出 ,随离子强度的增加 ,两种染料的
吸附率都有所下降。我们认为 ,这可能是 NaCl阻碍了
染料分子与吸附基团的接近和结合 。图 5 结果还显
示 ,分子量越小的偶氮染料 ,离子强度对其生物吸附的
影响越大 。
图 5　离子强度对花生壳生物吸附苋菜红 、日落黄的影响
(染料浓度:50mg/L;吸附剂量:5g/L;粒径:80～ 100;吸附时间:36小时;pH:2)
Fig5.Effect ofion strength on biosorption of Am,SY by powdered peanut hull(dye concentration:
50mg/L;sorbent dose:5g/L;particle size:80-100 mesh;contact time:36h;pH:2.0)
2.6　吸附动力学
吸附动力学的结果呈于图 6 ,初始阶段吸附速度较
快 ,随后是一个速度较慢的吸附过程 ,36小时后 ,两种
染料的吸附基本达到平衡 ,随后 ,时间的增加对染料的
吸附几乎没有影响。
图 6　花生壳生物吸附苋菜红、日落黄的动力学曲线
(染料浓度:50mg/L;吸附剂量:5g/L;粒径:80～ 100目;pH:2)
Fig6.Biosorptiok kinetics of Am ,SY by powdered peanut hull(dyd concentration:50mg/L;
sorbent dose:5g/L;particle size:80 ～ 100 mesh;pH:2)
　　为了确定吸附过程的反应级数 ,将图 6数据代入
Langergren准一级反应动力学方程:
lg(qe -qt):1gqe -kadt/2.303
　　式中:qe和 qt(mg/g)分别为吸附平衡时和 t时间的
染料吸附量;kad是速率常数;其值可由 1g(qe -qt)对 t
作图所得直线方程的斜率求得。两种染料生物吸附的
Langergren图呈于图 7 ,线性相关系数 R2 都接近于 1 ,表
明其符合 Langergren准一级反应动力学方程。
图 7　花生壳生物吸附苋菜红 、日落黄的Langergren
Fig7.Langergren plots for biosorption of Am ,SY by powdered peanut hull
3　结　　论
用花生壳作吸附剂来吸附水溶液中偶氮染料的研
究 ,国内外尚未见报道 。本文研究结果表明 ,花生壳对
两种偶氮染料都有很好的去除效果。由于花生壳量
大 、价廉 、易得 ,因而用其来处理偶氮染料废水成本很
低 ,推广前景广阔 。研究发现 ,初始 pH值为 2时 ,被研
究的两种偶氮染料去除效果较好 , 吸附等温线符合
Langmuir和 Freundlich方程 ,花生壳对苋菜红和日落黄
的最大吸附能力分别为 14.90mg/g 、13.99mg/g ,吸附过
程符合 Langergren准一级反应动力学方程 。
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Utilization of powdered peanut hull as biosorbent for removal
of azo dyes from aqueous soulution
YANG Chao ,KE Li-xia ,GONG Ren-min ,LIU Hui-jun ,SUN Ying-zhi
(College of Life Science ,Anhui Normal University ,Wuhu 241000 ,China)
Abstract:A Crude , low cost , locally available biosorbent for its azo dyes removal capacity from aqueous solution was
investigated.Powder prepared from peanut hull had been used for biosorption of two azo dyes , amaranth(Am)and sunset yellow
(SY).The effects of various experimental parameters(e.g.initial pH and dye concentration , sorbent dosage , particle size , ion
strength , contavt time etc.)were tested and optimal experimental conditions were selected.At initial pH 2.0 , two dyes could be
removed effectively.The isothermal data of biosoprotion followed the Langmuir and Freundlich models.The biosorption rpcesses
conformed the pseudo-first-order rate kinetics.The results indicated that powderd peanut hull was an attractive substance for
removing azo dyes from dye wastewater.
Keywords:peanut hull;removal;azo dyes;amaranth;sunset yellow
(上接 37页)
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The breed of Corbicula aurea Heude
LIU Yan
(Guiyang Teachers College ,Guiyang 550080 ,China)
Abstract:Corbicula aurea Heude was catergoried as Eulamellibranchia Corbiculidae Gray 、Corbioula Mergelevon Muhlfeld.
It is especial in our country.Corbicula aurea Heude gonad develops evifh the relationship to its growth stages and the change of
anniversary, temperature , power of oviposit and sex age.The effect of temperature , Power of oviposit , sex age on embryo
developing were studied.were studied.
Key words:Coricula aurea Heude;gonad develop by stages;power of oviposit;sex ageed.
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