笋壳渣对阴阳离子染料的吸附特征及机制研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-0980

摘要/Abstract

摘要：

为实现竹笋加工废弃笋壳（BSS）的综合利用，将笋壳逐级提取甾醇、木糖后产生的笋壳渣（BSSE）作为吸附材料，选用典型的阳离子染料亚甲基蓝（MB）和典型的阴离子染料酸性大红（AS）作为吸附质，研究BSSE对阳离子染料和阴离子染料的吸附特征及机制。结果表明：随着溶液初始pH的增大，BSSE对MB的去除率大体呈上升趋势，而对AS的去除率大体呈下降趋势；当MB溶液和AS溶液的初始质量浓度均为100 mg/L时，BSSE的最佳投加质量浓度为1.5 g/L，此时去除率分别可达99.5%和95.7%；BSSE吸附MB的过程较好地符合Freundlich和Elovich模型，吸附可自发进行，以化学吸附为主，物理吸附为辅；吸附AS的过程较好地符合Langmuir和Elovich模型，吸附可自发进行，以物理吸附为主，化学吸附为辅。

关键词: 笋壳渣, 甾醇, 木糖, 染料, 吸附性能

Abstract:

In order to realize the comprehensive utilization of bamboo shoots processing waste bamboo shoot shell（BSS），the bamboo shoot shell residue（BSSE） produced by extracting sterol and xylose step by step was used as the adsorption material. A typical cationic dye methylene blue（MB） and a typical anionic dyes acid scarlet（AS） were selected as adsorbents to study the adsorption characteristics and mechanism of BSSE for cationic and anionic dyes. The results showed that with the increase of the initial pH of the solution，the removal rate of MB generally showed a rising trend，while the removal rate of AS generally showed a downward trend. When the initial mass concentration of MB solution and AS solution was 100 mg/L，the optimal dosage of BSSE was 1.5 g/L，and the removal rate of MB and AS could reach 99.5% and 95.7%，respectively. The process of BSSE adsorption for MB better conformed to Freundlich and Elovich models，which was a spontaneous and mainly chemical adsorption process with complementary physical adsorption. The adsorption process of BSSE adsorption for AS better conformed to the Langmuir and Elovich models，which was a spontaneous and mainly physical adsorption process with complementary chemical adsorption.

Key words: bamboo shoot shell residue, sterols, xylose, dyes, adsorption performance

中图分类号:

X703.1

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https://www.iwt.cn/CN/Y2022/V42/I7/109

图/表 12

图1 吸附前后BSSE的SEM

Fig.1 SEM of BSSE before and after adsorption

图2 吸附材料制备前后及吸附前后FT-IR光谱

Fig. 2 FT-IR spectra before and after the preparation and adsorption of adsorption materials

图3 溶液pH对MB和AS吸附效果的影响

Fig.3 Effect of solution pH on adsorption of MB and AS

图4 BSSE投加量对MB和AS吸附的影响

Fig.4 Effect of BSSE dosage on adsorption of MB and AS

图5 MB和AS的等温吸附拟合曲线

Fig.5 Isotherm adsorption fitting curve of MB and AS

表1 吸附等温线拟合参数

Table 1 Fitting parameters of adsorption isotherm

染料	T/K	Langmuir				Freundlich
染料	T/K	K _L/（L·mg^-1）	R _L/（g·L^-1）	Q _m/（mg·g^-1）	R ²	K _F/（mg^1- ⁿ ·g^-1·L^- ⁿ ）	n	R ²
MB	288.15	0.130	0.015	199.442	0.820	55.144	4.124	0.971
	298.15	0.183	0.011	200.321	0.838	63.650	4.301	0.992
	308.15	0.259	0.008	222.222	0.790	81.339	4.978	0.993
AS	288.15	0.053	0.036	201.735	0.959	21.617	2.324	0.846
	298.15	0.065	0.030	198.886	0.958	24.575	2.455	0.869
	308.15	0.061	0.032	200.602	0.960	24.289	2.449	0.868

表2 吸附热力学参数

Table 2 Thermodynamic parameters of adsorption

染料	T/K	ΔG ⁰/（kJ·mol^-1）	ΔH ⁰/（kJ·mol^-1）	ΔS ⁰/（J·mol^-1·K^-1）
MB	288.15	-11.710	73.626	0.296
	298.15	-14.152
	308.15	-17.645
AS	288.15	-7.614	12.200	0.069
	298.19	-8.697
	308.15	-8.979

图6 MB和AS的吸附动力学及拟合曲线

Fig.6 Adsorption kinetics and fitting curves of MB and AS

表3 吸附动力学参数

Table 3 Adsorption kinetic parameters

染料	准一级动力学模型			准二级动力学模型			Elovich模型
染料	k ₁/（min^-1）	Q _e/（mg·g^-1）	R ²	k ₂/（g·mg^-1·min^-1）	Q _e/（mg·g^-1）	R ²	ɑ/（g·mg^-1·min^-1）	β/（g·mg^-1）	R ²
MB	0.259	62.665	0.550	0.008	64.557	0.875	1.287×10⁶	0.284	0.957
AS	0.259	57.996	0.492	0.008	59.860	0.812	3.369×10⁵	0.283	0.988

图7 MB和AS的颗粒内扩散模型拟合

Fig. 7 Fitting of the intraparticle diffusion model of MB and AS

表4 颗粒内扩散模型拟合参数

Table 4 Fitting parameters of the intraparticle diffusion model

染料	第1阶段			第2阶段
染料	k _p1/（mg·g^-1·min^-0.5）	C ₁	R ²	k _p2/（mg·g^-1·min^-0.5）	C ₂	R ²
MB	1.448	48.103	0.931	0.114	63.253	0.943
AS	1.250	44.607	0.929	0.223	56.890	0.957

图8 循环再生对MB和AS吸附的影响

Fig. 8 Effects of recycling on adsorption of MB and AS

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