利用五角枫落叶生物吸附剂去除废水中孔雀石绿的方法

摘要

本发明涉及一种利用五角枫落叶生物吸附剂去除废水中孔雀石绿的方法，包括如下步骤：在含孔雀石绿的溶液中加生物吸附剂五角枫落叶，在25℃~40℃下，以170r/min振荡2~240min后，离心分离，确定孔雀石绿去除效果。本发明用五角枫落叶生物吸附剂去除废水中孔雀石绿的方法简单，成本低廉，原料易得，处理时间快，最好去除效果需要的振荡时间仅为5min，最高孔雀石绿染料的去除率为96.0%，五角枫落叶吸附剂吸附量较大，25℃其对孔雀石绿吸附值可达42.5mg/g。

说明书

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，特别涉及一种利用五角枫落叶生物吸附剂去除废水中孔雀石绿的方法。

背景技术

孔雀石绿是三苯甲烷型染料，在纺织工业中大量用于印染丝绸、皮革、棉、羊毛和棉麻纤维等。也可在水产养殖中用作杀菌剂，曾经用于预防和治疗各类水产动物的水霉病、鳃霉病和小瓜虫病等，功效显著。孔雀石绿对于哺乳动物细胞属于高毒污染物，并能导致小鼠肾肿瘤，引起兔和鱼等生物的生殖问题。其有一定的高毒性和高残留性，并可能通过食物链危害人体健康，造成人和动物脏器和组织损伤。所以在染料废水排放前去除孔雀石绿，是十分必要的。

目前国内外已有很多方法用于孔雀石绿染料废水污染物的去除，如絮凝、沉淀、氧化、光催化、吸附、离子交换、膜分离等等。其中吸附法是近些年来经济又有效的方法之一，具有价格低廉、工艺简单、操作简便、占地小等优点。寻找廉价、高效吸附剂处理孔雀石绿废水是本领域一直渴望解决的技术难题。

五角枫属于落叶乔木，分布广泛，产东北、华北和长江流域各省。是北方重要的秋天观叶树种，常用作园林绿化庭院树、行道树和风景林树种。秋季落叶大量产生，在城市垃圾中占很大一部分组成。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题，提供一种孔雀石绿染料废水的处理方法及五角枫落叶的利用方法，本发明利用五角枫落叶制备吸附剂，并用来处理废水中的孔雀石绿，具有成本低廉，方法简单，处理时间短，效率高等特点。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种利用五角枫落叶生物吸附剂去除废水中孔雀石绿的方法，它包括如下步骤：在含80～180mg/L孔雀石绿及pH1.6～11.0的溶液中加入生物吸附剂五角枫落叶，生物吸附剂五角枫落叶用量为1～8g/L，在25℃～40℃下，以170r/min振荡2～240min后，离心分离，确定孔雀石绿去除效果。

作为一种优选方案，本发明加入生物吸附剂五角枫落叶后，接续加入NaCl；NaCl加入量为0～0.24mol/L。

进一步地，本发明生物吸附剂五角枫落叶依如下步骤制备：对秋季五角枫落叶进行收集；用自来水清洗落叶后，再用去离子水洗涤五角枫落叶；然后置于70℃烘箱烘干；烘干后的五角枫落叶采用机械粉碎，并用标准筛筛分至60目，即得目的产物生物吸附剂五角枫落叶。

进一步地，本发明所述振荡时间为5min。

进一步地，本发明所述离心分离中的离心转速为4000r/min，离心时间为10min。

进一步地，本发明所述孔雀石绿pH可为2.5。

进一步地，本发明所述生物吸附剂五角枫落叶投加量为2-4g/L。

进一步地，本发明将4g/L生物吸附剂五角枫落叶与50mL孔雀石绿溶液，在温度25℃-40℃下，恒温20min，混合振荡。

进一步地，本发明取4g/L生物吸附剂五角枫落叶加入到50mL孔雀石绿溶液中，在温度25℃下，NaCl投加量为0.16mol/L-0.24mol/L。

进一步地，本发明所述生物吸附剂五角枫落叶投加量3g/L；NaCl投加量0.08mol/L。

与现有技术相比，本发明的优点在于：与离子交换法、沉淀法、光降解法、氧化还原法等相比，本发明用五角枫落叶生物吸附剂去除废水中孔雀石绿的方法简单，成本低廉，原料易得，处理时间快，最好去除效果需要的振荡时间仅为5min，最高孔雀石绿染料的去除率可达96.0％，五角枫落叶吸附剂吸附量较大，25℃其对孔雀石绿吸附量可达42.5mg/g。经染料吸附后的生物吸附剂五角枫落叶，可用解吸再生，实现染料的回收和吸附剂的循环再生利用，不产生二次污染问题。

另外，植物落叶来源广，收集方便，具有天然利用优势。利用城市绿化植物落叶废弃物作为生物吸附剂处理废水具有很好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。

图1为本发明实施例1中不同pH条件下五角枫落叶对孔雀石绿的吸附量示意图；

图2a、图2b为本发明实施例2中在不同时间条件下五角枫落叶对孔雀石绿的吸附量示意图；

图3为本发明实施例3中不同五角枫落叶用量对孔雀石绿的去除率和吸附量示意图；

图4为本发明实施例4中不同温度下孔雀石绿初始浓度对其去除率和吸附量影响示意图；

图5为本发明实施例5中不同盐浓度下五角枫落叶对孔雀石绿去除率和吸附量示意图。

具体实施方式

实施例1

本发明生物吸附剂以五角枫落叶为原料。取200g秋季五角枫落叶于盆中用自来水清洗，反复5次，直至清洗液澄清无浑浊物后，加入去离子水清洗与过滤，反复3次，得到湿五角枫落叶。均匀放于搪瓷托盘中，置于鼓风干燥箱中，温度调节为70℃，干燥24h至恒重，得到干五角枫落叶。利用高速粉碎机粉碎成粉末状，过60目筛，制得本发明生物吸附剂五角枫落叶。

取4g/L本实施例制备的生物吸附剂五角枫落叶加入9组浓度为120mg/L的不同初始pH值的50mL孔雀石绿溶液中，于25℃下恒温空气浴振荡器中以170r/min振荡5min后，4000r/min离心分离10min。

不同溶液初始pH对孔雀石绿吸附效果如图1所示，pH由1.6升高到2.5，吸附量从24.9mg/g增大至27.9mg/g，pH从2.5升至11.0，吸附量则随着pH的增加而降低，pH为11.0时，吸附量降至20.6mg/g。在pH值6.5～7.5范围内，吸附量在25.3mg/g左右。

实施例2

利用本发明实施例1中制得生物吸附剂五角枫落叶去除废水中的孔雀石绿，并对不同时间条件下生物吸附剂的吸附量进行对比。

取4g/L本实施例制备的生物吸附剂五角枫落叶加入初始浓度分别为80mg/L、100mg/L和120mg/L的pH6.5-7.5的孔雀石绿溶液50mL，于25℃下恒温空气浴振荡器中以170r/min振荡不同时间2min～240min后，4000r/min离心分离10min。

不同时间生物吸附剂五角枫落叶对孔雀石绿的吸附效果如图2所示。由图2可以看出，五角枫落叶对孔雀石绿的吸附是一个快速吸附过程。在振荡时间2min时，对80mg/L、100mg/L和120mg/L孔雀石绿的吸附量分别达到15.9mg/g、19.7mg/g和20.3mg/g；随着时间的增加，吸附量有一定的变化，分别在4min、5min和5min达到最大吸附量18.0mg/g、22.3mg/g和27.7mg/g。达到最大吸附量后随着时间的增加，吸附量又降低，30min后基本变化较小。考虑到时间增加可能又发生解吸，所以本发明中，振荡时间优选为5min。

实施例3

利用本发明实施例1中制得生物吸附剂五角枫落叶去除废水中的孔雀石绿，并对投加不同量生物吸附剂五角枫落叶的去除率和吸附量进行对比。

分别取1～8g/L本实施例制得的生物吸附剂五角枫落叶加入到8组初始浓度为120mg/L、pH6.5-7.5的50mL雀石绿溶液中，于25℃下恒温空气浴振荡器中以170r/min振荡5min后，4000r/min离心分离10min。

不同生物吸附剂五角枫落叶投加量对孔雀石绿的吸附效果如图3所示。可以看出，随着五角枫落叶生物吸附剂的用量增加，孔雀石绿染料去除率呈现先增加后降低的趋势，吸附量呈下降趋势。当本发明五角枫落叶生物吸附剂用量为1g/L时，孔雀石绿去除率为70.9％，投加量2～4g/L范围内，去除率均在92.0％以上，投加量5-8g/L后，去除率由88.3％降到80.4％，所以本发明中，生物吸附剂五角枫落叶投加量优选为2-4g/L。

实施例4

利用实施例1中制得生物吸附剂五角枫落叶去除废水中的孔雀石绿，并对生物吸附剂五角枫落叶对不同初始浓度孔雀石绿的吸附量进行对比。

分别取4g/L本实施例制备的生物吸附剂五角枫落叶和初始浓度80mg/L-180mg/L、pH6.5-7.5的50mL孔雀石绿溶液分别在25℃、30℃、35℃和40℃恒温空气浴振荡器中恒温20min后，将五角枫落叶加入到孔雀石绿溶液中，以170r/min振荡5min后，4000r/min离心分离10min。

不同温度下孔雀石绿初始浓度对其去除率和吸附量影响结果如图4所示。由图4可知，生物吸附剂五角枫落叶对孔雀石绿的吸附率和吸附量随着初始孔雀石绿浓度的增加而增大。温度对于孔雀石绿的吸附影响较小。在本发明中，当温度为25℃时，五角枫落叶生物吸附剂对孔雀石绿的吸附量可达到42.5mg/g。

实施例5

利用本发明实施例1中制得生物吸附剂五角枫落叶去除废水中的孔雀石绿，并对投加不同量NaCl溶液后，对生物吸附剂五角枫落叶对孔雀石绿的吸附量进行对比。

分别取4g/L本实施例1制得的生物吸附剂五角枫落叶加入到8组初始浓度为120mg/L、pH6.5-7.5的50mL孔雀石绿溶液，各溶液中加入NaCl，使其摩尔质量浓度分别为0、0.02mol/L、0.04mol/L、0.06mol/L、0.1mol/L、0.16mol/L、0.2mol/L、0.24mol/L，于25℃下恒温空气浴振荡器中以170r/min振荡5min后，4000r/min离心分离10min。NaCl浓度对孔雀石绿去除效果的影响如图5所示。由图5可以看出，随着溶液中投加NaCl浓度的增加，孔雀石绿的吸附率和吸附量逐渐增大，在NaCl投加量0～0.24mol/L范围，吸附率从77.8％增大到96.0％。表明加入NaCl利于生物吸附剂五角枫落叶对孔雀石绿的吸附。NaCl投加量超过0.16mol/L后，吸附率和吸附量变化较小，基本达到平衡，所以NaCl投加量优选为0.16mol/L-0.24mol/L。

实施例6

利用本发明实施例1中制得生物吸附剂五角枫落叶去除废水中的孔雀石绿，并根据实施例1-5中单因素系列实验的结果，考虑孔雀石绿吸附率，确定对吸附效果影响较大的因素为吸附时间、吸附剂投加量、pH值和盐浓度，根据单因素实验结果，确定各控制因子水平，采用四因素三水平(表1)的L₉(3⁴)的正交表进行正交试验。按正交试验设计方案(表2)取样，固定孔雀石绿初始浓度120mg/L，pH2.5～7.0，温度25℃、振荡器转速170r/min，振荡一定时间后4000r/min离心分离10min。

通过正交试验结果分析，pH值、NaCl浓度对孔雀石绿吸附率有显著影响。影响孔雀石绿吸附率指标因素的主次顺序为NaCl浓度(D)>pH值(C)>五角枫落叶投加量(A)>振荡时间(B)。最优方案为A₂B₁C₃D₂；即生物吸附剂五角枫落叶投加量3g/L、振荡时间5min、pH7.0、NaCl投加量0.08mol/L；实验验证在此条件下生物吸附剂五角枫落叶对孔雀石绿的去除率可达95.2％，高于表2中各试验条件下的孔雀石绿吸附率。

可以理解地是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

表1正交试验因素水平表

表2正交试验方案及结果