全 文 ：生态与农村环境学报 2010，26 (4) :372 － 375
Journal of Ecology and Rural Environment
花生壳对刚果红的吸附性能
赵二劳，王美林，范建凤 (忻州师范学院化学系，山西 忻州 034000)
摘要:采用静态吸附法研究了花生壳用量、粒径，刚果红溶液 pH值、初始浓度，吸附时间，温度 6 个因素对花生壳
吸附刚果红的影响。结果表明，花生壳对刚果红的吸附能力随其粒径的减小而增加;随着吸附时间的延长，花生
壳对刚果红的去除率增加，90 min时基本达到吸附平衡;在常温下，溶液 pH为 7. 54 时，花生壳对刚果红的吸附去
除率可达 91. 2%;花生壳对刚果红的等温吸附较符合 Freundlich方程。花生壳可作为吸附去除刚果红的理想功能
材料。
关键词:花生壳;吸附;刚果红
中图分类号:X703;X131. 2 文献标识码:A 文章编号:1673 － 4831(2010)04 － 0372 － 04
Adsorption of Congo Red by Peanut Shells． ZHAO Er-lao，WANG Mei-lin，FAN Jian-feng(Department of Chemistry，
Xinzhou Teachers University，Xinzhou 034000，China)
Abstract:Adsorption of Congo Red by peanut shells was studied with a static adsorption method and effects of dosage and
size of peanut shells，pH and initial concentration of Congo Red solution，duration of the incubation and temperature on
the adsorption were investigated． Results show that the smaller the particle size of peanut shells，the higher the adsorption
capacity of peanut shells，and the longer the duration of incubation，the higher the removal rate of Congo Red． However，
the adsorption might basically reach equilibrium in 90 minutes． At room temperature，removal rate of Congo Red reached
91. 2% in solution 7. 54 in pH． The isothermal adsorption behavior of peanut shells on Congo Red tallied quite well with
the Freundlich equation． So that，the peanut shell is an ideal functional material to remove Congo Red through adsorption．
Key words:peanut shell;adsorption;Congo Red
基金项目:山西省高校科技研究开发项目(20091147)
收稿日期:2009 － 11 － 05
随着印染工业的发展，印染废水已成为当前最
主要的水体、土壤污染源之一，是目前最难治理的工
业废水之一［1］。在印染废水治理方法中，生物吸附
技术是近年发展起来的新技术，其中生物吸附剂的
研究是热点［2］，一些生物质材料，如微生物、工农业
废弃物等作为吸附剂的研究更是备受关注［3 － 5］。花
生壳是一种来源相当丰富的农业废弃物，也是一种
用途多样的宝贵资源，但国内的应用开发还很不够，
除少量用作粗饲料外，大量的花生壳被焚烧或丢弃，
造成极大浪费。刚果红是一种典型的联苯胺类偶氮
染料，它在生产和使用过程中流失率高，易进入水
体，是印染废水中有代表性的污染物之一。因此，笔
者以刚果红为对象，研究花生壳对刚果红的吸附效
果，探索花生壳作为一种新型吸附材料直接用于印
染废水处理的可能性，为花生壳在废水处理中的应
用和生态环境改善提供一定的科学理论依据。
1 材料与方法
1. 1 材料
刚果红又名棉红、直接大红等，购自北京化工
厂，分析纯，分子式 C32H22N6Na2O6S2，为双偶氮酸性
染料，其化学结构式见图 1。无水乙酸钠、硫酸、氢
氧化钠等试剂均为分析纯。试验用水为二次蒸
馏水。
1. 2 主要仪器
UV －2550 紫外可见分光光度计(日本岛津) ;
723 型分光光度计(上海光谱仪器有限公司) ;
pHS － 3B 型精密酸度计(上海精密科学仪器有限公
司) ;药材粉碎机(浙江武义屹立工具有限公司) ;
THZ － 82 水浴恒温振荡器(江苏省金坛市荣华仪器
有限公司)。
1. 3 花生壳的预处理
花生壳购于忻州市农贸市场，用自来水洗涤干
净后，在室温下风干，粉碎后筛分，得到粒径 ＜ 0. 83 ～
0. 42、＜ 0. 42 ～ 0. 25、＜ 0. 25 ～ 0. 18、＜ 0. 18 ～ 0. 15、
＜ 0. 15 ～ 0. 13 和 ＜ 0. 13 mm 的花生壳样品，然后分
别浸入二次蒸馏水中，充分搅匀，浸泡 24 h，去除悬
浮细小物质和可溶性物质，在室温下风干备用。
第 4 期 赵二劳等:花生壳对刚果红的吸附性能 ·373·
图 1 刚果红化学结构式
Fig． 1 Chemical structure of Congo Red
1. 4 试验方法
刚果红浓度(c)测定采用分光光度法［6］。在最
大吸收波长 499 nm处测定其光密度(D499) ，由回归
方程(D499 = 0. 057 4 c + 0. 007 0，r
2 = 0. 999 3)计算
被测溶液中刚果红浓度，并按式(1)～(2)计算花生
壳对刚果红的去除率和平衡吸附量［3］:
去除率 =［(co － ce)/ co］× 100% (1)
平衡吸附量 = (co － ce)V /m (2)
式(1)～(2)中，co为刚果红初始浓度，g·L
－1;ce为
刚果红平衡浓度，g·L －1;V 为刚果红溶液体积，L;
m为花生壳质量，g。
1. 4. 1 花生壳粒径对刚果红去除率的影响
称取粒径 ＜0. 83 ～0. 42、＜0. 42 ～0. 25、＜0. 25 ～
0. 18、＜ 0. 18 ～ 0. 15、＜ 0. 15 ～ 0. 13 和 ＜ 0. 13 mm的
花生壳各 3. 5 g，分别加入盛有 100 mL 质量浓度为
8 mg·L －1刚果红溶液的 250 mL 锥形瓶中，室温
25 ℃ 下振荡吸附 90 min，过滤，测定滤液中残留刚
果红浓度，计算去除率。
1. 4. 2 花生壳用量对刚果红去除率的影响
向 5 个盛有 100 mL 质量浓度为 8 mg·L －1刚
果红溶液的 250 mL锥形瓶中分别加入花生壳 1. 5、
2. 5、3. 5、4. 5 和 5. 0 g。室温下振荡吸附 90 min，过
滤，测定滤液中残留刚果红浓度，计算去除率。
1. 4. 3 吸附时间对刚果红去除率的影响
称取花生壳 6 份，每份 3. 5 g，分别加入盛有
100 mL质量浓度为 8 mg·L －1刚果红溶液的 250
mL锥形瓶中，室温下分别振荡吸附 40、70、90、120、
150 和 180 min，过滤，测定滤液中残留刚果红浓度，
计算去除率。
1. 4. 4 刚果红溶液 pH值对刚果红去除率的影响
用 H2SO4或 NaOH调节质量浓度为 8 mg·L
－1
刚果红溶液的 pH值分别为 5. 60、6. 50、7. 20、7. 54、
7. 89 和 8. 72，然后各取 100 mL分别加入 250 mL锥
形瓶中，均加入 3. 5 g 花生壳，室温下振荡吸附 90
min，过滤，测定滤液中残留刚果红浓度，计算去除率。
1. 4. 5 温度对刚果红去除率的影响
准确称取粒径 ＜ 0. 18 ～ 0. 15 mm、3. 5 g 花生壳
5 份，分别加入盛有 100 mL 质量浓度为 8 mg·L －1
刚果红溶液的 5 个锥形瓶中，在 25、35、45、55 和
65 ℃ 下振荡吸附 90 min，过滤，测定滤液中残留刚
果红浓度，计算去除率。
1. 4. 6 刚果红溶液初始浓度对刚果红去除率的
影响
准确称取 3. 5 g 粒径 ＜ 0. 18 ～ 0. 15 mm 的花生
壳 4 份，分别加入盛有 100 mL pH值为 7. 54 的不同
质量浓度(5、8、15、20 mg·L －1)刚果红溶液的锥形
瓶中，室温下振荡吸附 90 min，过滤，测定滤液中残
留刚果红浓度，计算去除率。
1. 4. 7 花生壳对刚果红的吸附等温线
向 5 个盛有 100 mL质量浓度为 5、8、15、20、25
mg·L －1刚果红溶液的锥形瓶中加入 3. 5 g、粒
径 ＜ 0. 18 ～ 0. 15 mm的花生壳，室温下振荡吸附 90
min，过滤，测定滤液中残留刚果红浓度，计算平衡溶
液浓度及吸附量，作吸附等温曲线。
Langmuir等温吸附方程为:
ce
qe
= 1KLq∞
+ 1q∞
ce (3)
式(3)中，ce 为刚果红平衡浓度，g·L
－1;qe为平衡吸
附量，mg·g －1;KL为 Langmuir吸附常数，L·g
－1;q∞
为单层饱和吸附量，mg·g －1。
Freundlich等温吸附方程为:
lg qe = lg KF +
1
n lg ce (4)
式(4)中，KF为 Freundlich 吸附常数，L·g
－1;n 为
常数。
上述试验均设 3 次重复，数据采用 Excel 软件
进行处理。
2 结果与讨论
2. 1 花生壳粒径对刚果红去除率的影响
由图 2 可知，随着花生壳粒径的减小，花生壳对
刚果红的去除率逐渐增大。当粒径 ＜ 0. 83 ～ 0. 42
mm时，去除率较低，仅为 13. 3%;当粒径 ＜ 0. 18 ～
0. 15 mm时，去除率在 90. 3%以上。刚果红溶液
平衡质量浓度为 0. 788 mg·L － 1时，即使粒径继续
减小，对提高刚果红去除率也无太大影响。其原
因可能是花生壳对刚果红的吸附以物理吸附为
·374· 生 态 与 农 村 环 境 学 报 第 26 卷
主，花生壳粒径越小，其比表面积越大，吸附能力
亦越大［7］。其他试验均采用粒径 ＜ 0. 18 ～ 0. 15
mm的花生壳进行。
图 2 花生壳粒径对刚果红去除率的影响
Fig． 2 Effect of particle size of peanut
shells on removal rate of Congo Red
2. 2 花生壳用量对刚果红去除率的影响
由图 3 可知，花生壳对刚果红的去除率随其用
量的增加而增加，当花生壳用量为 3. 5 g 时，刚果红
去除率为 91. 0%，刚果红残留质量浓度为 0. 731
mg·L －1。当花生壳用量大于 3. 5 g 时，刚果红去除
率增加幅度很小，其原因可能是在静态下，吸附效果
与花生壳和溶液之间的有效接触面积有关，在初始
阶段，随着花生壳用量的增加，有效接触面积增加，
当花生壳用量达到一定量时，受锥形瓶底面积的影
响，有效接触面积不再增加，导致去除率增加趋缓。
其他试验选定花生壳用量为 3. 5 g。
图 3 花生壳用量对刚果红去除率的影响
Fig． 3 Effect of dosage of peanut shells
on removal rate of Congo Red
2. 3 吸附时间对刚果红去除率的影响
由图 4 可知，在初始阶段，花生壳对刚果红的去
除率随时间的增加而急剧上升，90 min 后增加量很
小，说明此时吸附已基本达到平衡，即使再延长时
间，对去除率的影响也不大。因此，其他试验选定吸
附时间为 90 min。
图 4 吸附时间对刚果红去除率的影响
Fig． 4 Effect of adsorption duration on
removal rate of Congo Red
2. 4 溶液 pH值对刚果红去除率的影响
由图 5 可知，随着溶液 pH 值的增大，花生壳对
刚果红的去除率增加，当溶液 pH 值约为 7. 54 时，
去除率可达 91. 2%，继续增大 pH值，去除率基本不
变。其原因可能是由于花生壳中含有酚羟基、羧基
等官能团，本身显酸性，当刚果红溶液 pH值 ＜ 7 时，
2 者吸附结合比较困难，随着溶液 pH 值增大，花生
壳对其吸附量增加;同时由于刚果红中还含有氨基，
该官能团可以中和少量质子，因此当刚果红溶液 pH
值 = 7. 54 时，花生壳对其吸附量最大。当 pH 值继
续增大时，刚果红去除率基本不变。
图 5 pH值对刚果红去除率的影响
Fig． 5 Effect of pH on removal rate of Congo Red
2. 5 温度对刚果红去除率的影响
由图 6 可知，在 25 ～ 35 ℃范围内，随着温度升
高，花生壳对刚果红的去除率由 89. 3% 增至
90. 5%，可见，在此温度范围内，花生壳对刚果红的
吸附效果良好。当温度高于 45 ℃时，刚果红去除率
大幅下降，这可能是因为物质的吸附实际上是吸附
与解吸的动态平衡过程，温度升高会使粒子运动加
剧，刚果红分子活性增加，解析能大于吸附能，不利
于刚果红分子在花生壳表面的吸附［7］。
第 4 期 赵二劳等:花生壳对刚果红的吸附性能 ·375·
图 6 温度对刚果红去除率的影响
Fig． 6 Effect of temperature on removal
rate of Congo Red
2. 6 刚果红溶液初始浓度对刚果红去除率的影响
由图 7 可知，刚果红溶液初始质量浓度由 5
mg·L －1增至 8 mg·L －1时，去除率增大，对刚果红
的去除率可达 89. 9 %，但当刚果红溶液初始浓度继
续增高时，去除率变化不大，其原因可能是花生壳的
吸附量已接近饱和。
图 7 刚果红初始浓度对刚果红去除率的影响
Fig． 7 Effect of initial concentration of
Congo Red on removal rate of Congo Red
2. 7 花生壳对刚果红较佳吸附组合条件的确定
按单因素确定的较佳试验条件，即室温下、溶液
pH 为 7. 54，以 3. 5 g 粒径 ＜ 0. 18 ～ 0. 15 mm的花生
壳对 100 mL 质量浓度为 8 mg·L －1刚果红溶液吸
附 90 min，进行 3 次平行试验，结果显示，花生壳对
刚果红的去除率可达 91. 2 %，此时刚果红残留质量
浓度为 0. 715 g·L －1。
2. 8 花生壳对刚果红的吸附等温线
采用 Langmuir和 Freundlich等温吸附方程对图
8 中数据进行回归处理［3］，求得 Langmuir 和 Freun-
dlich等温吸附方程参数，将其代入式(3)和式
(4)得:
ce
qe
= 1. 675 + 12. 000 ce (r
2 = 0. 880 9)
lg qe = － 0. 171 + 1. 016 lg ce (r
2 = 0. 999 9)
图 8 花生壳对刚果红的吸附等温线
Fig． 8 Congo Red adsorption isotherm of peanut shells
由此可见，Freundlich 等温吸附方程的决定系
数高达 0. 999 9，相对 Langmuir 等温吸附方程而言，
Freundlich等温吸附方程更适合描述花生壳对刚果
红的吸附过程。
3 结论
花生壳对刚果红具有较强的吸附去除作用，吸
附平衡时间约为 90 min。花生壳粒径对刚果红的吸
附去除率有较大影响，粒径越小，去除率越高，适宜
的花生壳粒径 ＜ 0. 18 ～ 0. 15 mm。花生壳吸附去除
刚果红的较适宜 pH 为弱碱性，当 pH 值约为 7. 54
时，刚果红去除率可达 91. 2 %。花生壳对刚果红的
等温吸附符合 Freundlich 方程，较低温度有利于对
刚果红的吸附，常温下吸附效果更好。花生壳是一
种吸附去除刚果红染料的理想功能材料。
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作者简介:赵二劳(1952—) ，男，山西原平人，教授，主要从
事分析化学与环境化学方面的研究工作。E-mail:zel0350@
sina. com