1、1木质素吸附剂处理染料废水的研究林鹏鹏 谢婷 潘红玉 柴彬 易乃康（西南交通大学 地球科学与环境工程学院，四川 成都 611756）摘要：本实验针对木质素吸附剂处理染料废水的研究，首先用亚甲基蓝溶液模拟染料废水，然后分别从亚甲基蓝溶液的浓度、反应时间、PH 值、温度、木质素用量这五个方面采取单一变量法进行分析，最后运用 S52 紫外分光光度计求出亚甲基蓝溶液吸附前的吸光度以及被吸附后的吸光度，以此求出在不同条件下的木质素吸附剂对染料废水的色度去除率，从而来研究相应的吸附效果。关键词：木质素 吸附 染料废水1、 引言染料废水中含有的苯环基、偶氮基等基团，因此其具有水色度深、有机污染物含量高、组分
2、复杂、水质变化和生物毒性大难生物降解等特点，并且染料废水抗光解、抗氧化性强，含有多种具有生物毒性或导致“三致” （致癌、致畸、致突变）性能的有机物，因此用常规的方法很难进行处理。随着每年以废物形式排入环境的燃料越来越多，对水生生态系统及其边界环境产生了巨大的冲击，其毒害事件日益暴露，给环境带来了巨大的损害，因此对于染料废水的处理越来越受关注。2、 理论概述2.1 染料废水目前我国的燃料废水主要是由印染废水产生的，在印染的预处理、染色、印花和整理这四个过程中都会排出废水。如预处理阶段（包括烧毛、退浆、煮炼、漂白、丝光等工序）排出退浆废水、煮练废水、漂白废水、丝光废水，染色阶段排出染色废水，印花阶
3、段排出印花废水和皂洗废水，整理废水工序则排出整理废水，而印染废水是以上各种废水的混合废水，或除漂白废水以外的综合废水。2.2 亚甲基蓝溶液亚 甲 基 蓝 是 金 红 色 闪 金 光 或 闪 古 铜 色 光 的 粉 状 物 ， 溶 于 水 ， 稍 溶 于 酒 精 则2呈 蓝 色 ； 遇 浓 硫 酸 呈 黄 色 绿 色 ， 稀 释 后 呈 蓝 色 。 水 溶 液 中 加 入 氢 氧 化 钠 溶 液后 呈 紫 色 或 出 现 暗 紫 色 沉 淀 。 其 主 要 用 于 麻 、 蚕 丝 织 物 、 纸 张 的 染 色 和 竹 、木 的 着 色 ， 还 可 用 于 制 造 墨 水 和 色 淀 及 生 物
4、 、 细 菌 组 织 的 染 色 等 方 面 。 因 此我 们 用 亚 甲 基 蓝 溶 液 模 拟 燃 料 废 水 。2.3 木质素木质素在纤维素之间相当于粘结剂，与纤维素、半纤维素等成分一起构成植物的主要结构。据估计全世界每年约可产生 1500 亿吨木质素，其中制浆造纸工业蒸煮废液中产生的工业木质素有 3000 万吨，是极具有潜力的一种资源。该资源若得不到充分利用，变成了造纸工业中的主要污染源之一，则不仅造成严重的环境污染，而且也造成资源的重大浪费。因此，如何有效地利用好木质素这种可再生资源，提高其附加值，并解决环境污染问题已成为科研工作者研究的出发点。木质素的分子结构中存在芳香基、酚羟基、
5、醇羟基、羰基、甲氧基、羧基、共轭双键等活性基团，能吸附染料废水中的有色物质，但木质素的结构复杂，而且分子结构及其各元素的含量随植物的品种和分离方法不同而不同，因而不同品种和不同方法分离的木质素对染料废水所表现出的吸附性能不一，我们所用的木质素是秸秆经爆破后分离提纯得到的木质素。3、木质素吸附剂处理染料废水的实验部分3.1 仪器与试剂仪器：恒温磁力搅拌器、离心机、S52紫外分光光度计，FA2004N 电子分析天平，烧杯，试管，温度计。试剂：亚甲基蓝溶液，木质素基吸附剂3.2 实验过程对于木质素吸附染料废水的研究，主要从五个变量进行分析，分别是亚甲基蓝溶液浓度、反应时间、PH值、温度、木质素用量。
6、在研究的过程中主要采取的是单一变量法，然后根据亚甲基蓝溶液吸附前的吸光度以及吸附后的吸光度求出其相应的色度去除率。具体步骤如下所示：33.2.1 以亚甲基蓝溶液的浓度为单一变量的实验过程1）用几个烧杯，分别编号，然后配制12组不同浓度的亚甲基蓝溶液2）用紫外分光光度计分别测出这12组亚甲基蓝溶液的原始吸光度3）用电子分析天平称取12份0.1g的木质素吸附剂4）将这12组亚甲基蓝溶液和木质素吸附剂的混合溶液在恒温磁力搅拌器上都搅拌10min.5）将搅拌后的混合液在离心机中离心10min6）将离心后的混合液取出，静置7）用紫外分光光度计测亚甲基蓝溶液吸附后的吸光度8）计算去除率，其计算公式是： 1
7、0%原 始 吸 光 度 吸 附 后 的 吸 光 度去 除 率 原 始 吸 光 度9）画标准曲线3.2.2 以反应时间为单一变量的实验过程1）用几个烧杯，分别编号，然后配制11组浓度都为20mg/L，50ml的亚甲基蓝溶液2）用紫外分光光度计测亚甲基蓝溶液的原始吸光度3）用电子分析天平称取11份质量为0.1g的木质素吸附剂4）将亚甲基蓝溶液和木质素吸附剂的混合溶液在恒温磁力搅拌器上按实验给出的11组时间分别进行搅拌5）将搅拌后的混合液在离心机中离心10min6）将离心后的混合液取出，静置7）用紫外分光光度计测亚甲基蓝溶液吸附后的吸光度8）计算去除率，其计算公式是： 10%原 始 吸 光 度 吸
8、附 后 的 吸 光 度去 除 率 原 始 吸 光 度9）画标准曲线3.2.3 以溶液的PH值为单一变量的实验过程41）用几个烧杯，分别编号，然后配制8组浓度都为20mg/L，50ml的亚甲基蓝溶液2）在这个8组亚甲基蓝溶液中通过加入酸或碱，调配成PH值不同的8组溶液3）用紫外分光光度计测亚甲基蓝溶液的原始吸光度4）用电子分析天平称取8份质量为0.1g的木质素吸附剂5）将这8组亚甲基蓝溶液和木质素吸附剂的混合溶液在恒温磁力搅拌器上都搅拌10min6）将搅拌后的混合液在离心机中离心10min7）将离心后的混合液取出，静置8）用紫外分光光度计测亚甲基蓝溶液吸附后的吸光度9）计算去除率，其计算公式是：
9、 10%原 始 吸 光 度 吸 附 后 的 吸 光 度去 除 率 原 始 吸 光 度10）画标准曲线3.2.4 以温度为单一变量的实验过程1）用几个烧杯，分别编号，然后配制8组浓度都为50mg/L，50ml的亚甲基蓝溶液2）用紫外分光光度计测亚甲基蓝溶液的原始吸光度3）用电子分析天平称取8份质量为0.1g的木质素吸附剂4）将亚甲基蓝溶液和木质素吸附剂的混合溶液在不同的温度下，用恒温磁力搅拌器搅拌10min5）将搅拌后的混合液在离心机中离心10min6）将离心后的混合液取出，静置7）用紫外分光光度计测亚甲基蓝溶液吸附后的吸光度8）计算去除率，其计算公式是： 10%原 始 吸 光 度 吸 附 后
10、的 吸 光 度去 除 率 原 始 吸 光 度9）画标准曲线3.2.5 以木质素用量为单一变量的实验过程51）用几个烧杯，分别编号，然后配制5组浓度都为20mg/L，50ml的亚甲基蓝溶液2）用紫外分光光度计测亚甲基蓝溶液的原始吸光度3）用电子分析天平称取5份不同质量的的木质素吸附剂4）将亚甲基蓝溶液和木质素吸附剂的混合溶液在恒温磁力搅拌器上搅拌10min5）将搅拌后的混合液在离心机中离心10min6）将离心后的混合液取出，静置7）用紫外分光光度计测亚甲基蓝溶液吸附后的吸光度8）计算去除率，其计算公式是： 10%原 始 吸 光 度 吸 附 后 的 吸 光 度去 除 率 原 始 吸 光 度9）画标
11、准曲线4、实验结果与分析4.1实验结果4.1.1 亚甲基蓝溶液的浓度与去除率之间的关系在木质素的质量为0.1g，用恒温磁力搅拌器搅拌10min，恒定室温，PH值恒定，在不同的亚甲基蓝溶液的浓度条件下，木质素吸附剂对染料废水的色度去除率如下表所示：表一： 不同亚甲基蓝溶液浓度下的色去除率表亚甲基蓝浓度mg/L10 15 20 25 30 40去除率% 93.83 92.36 89.85 83.30 82.69 72.57亚甲基蓝浓度mg/L50 60 80 100 150 200去除率% 55.05 50.81 36.77 32.43 19.87 20.90根据表一画出亚甲基蓝溶液浓度与色去除率
12、之间的曲线如下所示：图一： 不同亚甲基蓝溶液浓度下的色去除率折线图601020304050607080901000 50 100 150 200 250亚 甲 基 蓝 溶 液 浓 度 mg/L去除率% y由上面的折线图可以看出随着亚甲基蓝溶液的浓度升高，相应的去除率下降，因此可以得出在木质素用量、反应时间、PH值、温度恒定的条件下，木质素吸附剂对于低浓度的燃料废水比高浓度的燃料废水的吸附性强。4.1.2 亚甲基蓝溶液与木质素吸附剂之间的反应时间与去除率之间的关系在木质素的质量为0.1g，亚甲基蓝溶液浓度为20mg/L，50mL，恒定室温条件，PH值恒定，不同搅拌时间下，木质素吸附剂对亚甲基蓝溶
13、液的色去除率如下表所示：表二： 不同搅拌时间下亚甲基蓝溶液的色去除率表搅拌时间min 1 2 3 4 5 6去除率% 78.11 81.29 82.52 83.70 84.60 86.03搅拌时间min 8 10 15 30 60去除率% 87.20 89.04 89.18 89.45 91.19根据表二画出不同搅拌时间与亚甲基蓝溶液的色去除率之间的关系折线图如下所示：图二： 不同搅拌时间下亚甲基蓝溶液的色去除率折线图77678808284868890920 10 20 30 40 50 60 70搅 拌 时 间 t/min去除率% y由上面的折线图可以看出，随着搅拌时间的增加亚甲基蓝溶液的色
14、去除率增大。因此可以得到在木质素用量、亚甲基蓝溶液的浓度、PH值、温度等条件一定的情况下，木质素吸附剂与染料废水反应时间越长，染料废水的色去除率越高，但是当反应时间达到60min后，可以看到曲线开始趋于平缓，因此可以知道在反应时间为60min以后，去除率开始不变。4.1.3 亚甲基蓝溶液的PH值与去除率之间的关系在木质素的质量为0.1g，亚甲基蓝溶液浓度为20mg/L，50mL，恒定室温，用恒温磁力搅拌器搅拌10min，亚甲基蓝溶液的PH值不同的情况下，木质素吸附剂对亚甲基蓝溶液的色去除率如下表所示：表三： 不同PH值条件下亚甲基蓝溶液的色去除率表染料的PH值 3.03 4 4.95 5.96
15、去除率% 31 76.3 82.09 84.09染料的PH值 7.08 8.01 9.01 9.93去除率% 86.45 88.64 89.58 93.24根据表三画出亚甲基蓝溶液的PH值与其色去除率之间的关系折线图如下所示：图三： 不同PH值条件下亚甲基蓝溶液的色去除率折线图801020304050607080901000 2 4 6 8 10 12染 料 的 PH值去除率% 去 除 率 （ %）由上面的折线图可以看出随着亚甲基蓝溶液的PH增大，亚甲基蓝溶液的色去除率逐渐增大。因此可以得到在木质素的用量、反应时间、温度、亚甲基蓝溶液的浓度恒定的条件下，燃料废水的PH值越高木质素吸附剂对其的吸
16、附能力则越强。但是由折线图可以看出当溶液的PH值趋向于碱性时，去除率接近恒值。4.1.4 温度与去除率之间的关系在木质素的质量为0.1g，亚甲基蓝溶液浓度为50mg/L，50mL，用恒温磁力搅拌器搅拌10min，亚甲基蓝溶液的PH值恒定，不同的温度条件下，木质素吸附剂对亚甲基蓝溶液的色去除率如下表所示：表四： 不同温度条件下亚甲基蓝溶液的色去除率表温度T（） 20 30 40 50去除率% 54.55 60.08 65.61 74.24温度T（） 60 70 80 90去除率% 78.94 89.05 91.74 93.58根据表四画出温度与亚甲基蓝溶液的色去除率之间的关系折线图如下所示：图四
17、： 不同温度条件下亚甲基蓝溶液的色去除率折线图901020304050607080901000 20 40 60 80 100温 度去除率% 去 除 率 （ %）由上面的折线图可以看出随着反应中温度的升高，亚甲基蓝溶液的色去除率逐渐增高。因此可以得出在木质素用量、亚甲基蓝溶液浓度、反应时间、PH值恒定的情况下，随着温度的升高，木质素吸附剂对染料废水的吸附能力增大，但是当温度达到90后，木质素吸附剂的吸附能力趋于恒定。4.1.5 木质素的用量与去除率之间的关系在亚甲基蓝溶液浓度为20mg/L，50mL，用恒温磁力搅拌器搅拌10min，亚甲基蓝溶液的PH值恒定，恒定温度，不同的木质素用量条件下，木
18、质素吸附剂对亚甲基蓝溶液的色去除率如下表所示表五： 不同的木质素用量下亚甲基蓝溶液的色去除率表木质素用量g 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14去除率% 70.53 80.48 92.17 92.18 93.09根据表五画出木质素用量与亚甲基蓝溶液的色去除率之间的关系折线图如下所示：图五： 不同的木质素用量下亚甲基蓝溶液的色去除率折线图01020304050607080901000 0.05 0.1 0.15木 质 素 用 量 g去除率% 去 除 率 （ %）10由上面的折线图可以看出，随着木质素用量的增加，亚甲基蓝溶液的色去除率逐渐增高。因此可以得出在亚甲基蓝溶液浓度、反应时间、P
19、H值、温度恒定的条件下，随着木质素吸附剂用量的增加，对染料废水的吸附能力增强。但是当木质素的用量增加到0.1时，随着木质素用量的增加，其对燃料废水的吸附能力趋于不变。4.2 结果分析由上面的实验结果可以看出不同因素条件下，木质素吸附剂对于染料废水的吸附能力不同，具体结果分析如下：（1） 当亚甲基蓝溶液浓度增高时，去除率降低，且在浓度为10mg/L时基本达到最大。（2） 当搅拌时间增长时，去除率增大，但是当搅拌时间达到10min时，去除率基本达到最大。（3） 当亚甲基蓝溶液的PH值增大时，去除率增大，且当处于弱碱性时去除率达到最大。（4） 当反应温度升高时，去除率增大，且在温度为90时，去除率达
20、到最大。（5） 当木质素用量增多时，去除率增大，且在用量在为0.1g时，去除率最高。由此我们可以得出，木质素吸附剂对于染料废水的吸附，在高温的条件下，适当增加木质素吸附剂的量对于低浓度的染料废水在偏碱性的条件下吸附最好，且木质素吸附剂和染料废水吸附时间越长吸附效果越好。5、问题展望从上面我们可以看出不同条件下，木质素吸附剂对于染料废水的吸附能力不同，但是通过查阅相关资料我们可以得到，目前对于染料废水的吸附多是采用活性炭进行吸附，因此我们在后续工作中可以考虑，将木质素制成活性炭之后进行吸附，进一步讨论其吸附能力。6、参考文献【1】邹龙生,欧光川,张敏,蒋海明,刘芳，印染废水处理技术及进展，山东化
21、工11导刊，第6期，2005年5月【2】范娟，詹怀宇，刘明华，木质素基吸附材料的研究进展，中国造纸学报，第19期，2004年2月【3】龚蔚,蒲万芬,金发扬,彭陶钧，木质素的化学改性方法及其在油田中的运用，日用化学工业，第2期，2008年4月【4】蒋玲，李淑勉，李占才，王晓杰，利用造纸污泥制备两性木质素絮凝剂的研究，工业安全与环保报，第2期，2011年2月【5】胡文勇,舒桥华,粟银，木质素对废水中菲的吸附，安徽农业科技，2010年八月【6】谢建军，何新建，李晟，黄凯，韩新强，张绘营，木质素的吸附剂及其对有机物吸附应用研究进展，环境科学与技术学报，第一期，2009年1月【7】何 莼，李忠，赵桢霞，奚红霞，低成本木质素吸附剂对废水中Pb2+吸附性能的研究，Ion Exchange and Adsorption，2005年11月【8】黄娇，方润，刘小梅，张霞吓，程贤，有机溶剂型木质素提取方法探索，化学工程与装备，第5期，2009年5月, 方润, , 刘小梅, 张霞吓, 程贤廷
