绿藻对活性染料的生物吸附作用

2014年5月第30卷第3期　

沈阳建筑大学学报(自然科学版)

Journal of Shenyang Jianzhu University (Natural Science )

　May 2014Vol .30,No.3

收稿日期:2013-12-11

基金项目:国家自然科学基金项目(51108277)

作者简介:金鹏(1963—),男,教授级高级工程师,主要从事给排水工程设计及污水处理等研究.

文章编号:2095-1922(2014)03-0553-04doi :10.11717/j.issn :2095-1922.2014.03.26

绿藻对活性染料的生物吸附作用

金　鹏

(中国建筑东北设计研究院有限公司,辽宁沈阳110006)

摘　要:目的研究绿藻对活性染料的生物吸附作用,确定污水处理的工艺条件.方法以绿藻为生物吸附剂,通过吸附试验研究其对活性染料的处理效果,考察反应时间、废水pH 值、盐度、绿藻FeCl 3表面改性情况对处理效果的影响.结果试验结果表明,绿藻表面存在着丰富的

官能团,对活性染料具有较好的吸附性能.吸附时间对染料的去除效果有较大的影响,酸性条件有利于染料的吸附,提高废水的盐度及绿藻Fe 3+改性均可以促进绿藻对染料的吸附能力,吸附量从2.0~2.3mg /g 提高到3.8~5.0mg /g.结论绿藻吸附是一种价廉、高效及环境友好的污水处理工艺,吸附模式更接近于Freundlich 吸附模式.关键词:绿藻;吸附;活性染料;废水中图分类号:X 5 文献标志码:A

Biosorption Effect of Green Algae on Reactive Dyes

JIN Peng

(China Northeast Architectural Design and Research Institute Co.Ltd ,Shenyang ,China ,110006)

Abstract :Biosorption effect of green algae on reactive dyes is studied to determine process conditions for wastewater treatment.Adopting green alga as a biosorption agent ,treatment efficiency ,reaction time ,pH value of wastewater ,salinity and surface changes of green algae FeCl 3are experimentally investigated.Re⁃sults indicate that there are plenty of functional groups on the surface of the green algae and they have good adsorption capacity for the dye.The adsorption time affects the adsorption capacity of the algae significant⁃ly.The adsorption capacity is increased with decrease of pH value.Increasing of concentration of NaCl and modifying of green alga by Fe 3+can increase sorption efficiency of dye by green algae ,so that adsorption capacity can be increased from 2.0-2.3mg /g to 3.8-5.0mg /g.It shows that green alga adsorption is cheap ,efficient and environmental friendly for wastewater treatment process and the experimental data are al⁃so closed to Freundlich adsorption isotherm.

Key words :green algae ;absorption ;reactive dyes ;wastewater 随着水体富营养化程度的加重,大量的藻类繁生,严重地影响了水环境的质量,也促进了藻类应用技术的开发研究[1].藻类具有较大的比表面积,其细胞壁表面官能团丰富,如包括有氨基、羟基、羧基等,废水中一些污染物可以与这些官能团

键合或发生电吸附而得以去除[2].

藻类吸附去除水中重金属离子方面的研究较多,藻类是一种很有潜力的重金属生物吸附剂[3–6].采用藻类去除废水中重金属的试验表明,废水的pH 、藻类的投加量、接触时间及温度等对

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重金属生物吸附效果均有较大的影响,生物吸附更符合Langmuir 等温吸附模式[7-8].不同的藻类对Pb (II )和Cd (II )的吸附能力区别较大,吸附量分别在9.47~56mg /g 和4.7~29.2mg /g

[9-11]

.

藻类及无生命的藻类废弃物对Cu 2+具有一定的吸附能力,在pH 为5.3的条件下,吸附量分别可以达到33mg /g 和16.7mg /g ,而且废水中的其他离子对Cu 2+的吸附有竞争作用[12].活性染料以其染色牢度高、色泽鲜艳、光亮度高等优点而广泛应用于纤维纺织品及皮革的染色工艺中.然而,正是由于其良好的亲水性和稳定性,也成为印染废水中较难处理的污染物,一般需采用炭质吸附剂进行处理[13].近年来,藻类及其改性产物逐渐应用于废水中有机物的去除领域,其中藻类的炭化吸附染料的研究较多[14].然而,由于藻类含水较多,炭化效率较低,制备成本很高,应用领域受到了限制,有研究采用海藻吸附酸性橙色染料II (AO 7),表明废水的pH 对吸附效果影响较大,

最佳pH 为2.0,藻类表面的氨基基团对吸附起到

了重要的作用.笔者研究了绿藻及其简单改性产物对印染废水中活性染料的吸附特征,并考察绿藻吸附作用的主要影响因素,试验结果表明绿藻吸附是一种价廉、高效及环境友好的污水处理工艺.

1　试验材料与方法

试验用绿藻取自上海松江中央公园池塘中.

清洗绿藻去除其中的杂质,配置水棉培养液:

MgSO 4,0.025g /L ;K 2HPO 4,0.01g /L ;Na 2CO 3,

0.02g /L ;Ca (NO 3)2,0.01g /L ;葡萄糖,0.05g /L ;将洗净的绿藻放入培养液中培养待用.绿藻外观特征如图1所示

.

图1　培养液中的绿藻

Fig.1　Green algae in medium

试验时从培养液中取出水棉,用自来水清洗

3遍,用吸水纸压挤压,吸取水棉表面的水分,将

其阴干并在室温下储存于密封包装中备用.从包装中称取一定量的水棉,使用电热恒温鼓风干燥箱于60℃,烘干1h ,称量水棉干质量.

试验所用的染料名称为活性艳蓝KN⁃R

(C.I.Reactive Blue 19),外观为蓝色粉末,物化

性质:结构式为C.I.61200;20℃时,溶解度为

100g /L ;反应性快,对金属离子的影响是铜4-5,铁4-5,主要用于棉或粘胶纤维的染色,亲和力高,均染性优良,固色率一般.

染料废水配制质量浓度为50mg /L.采用分光光度法分析废水中染料的浓度,测得最大吸收波长为596nm ,标准曲线方程为y =53.652x -

0.8517(相关系数R =0.9996).

绿藻对染料的吸附量q e 为

q e =

(C 0-C e )V

W .(1)

式中:C 0为吸附前染料的质量浓度,mg /L ;C e 为吸附后染液中染料的质量浓度,mg /L ;V 为染液的体积,L ;W 为绿藻的投加量,g.

采用Thermo Nicolet 公司的(AVATAR )370FT -IR 系统,检测红外光被吸收的情况可得到水棉的红外吸收光谱,从而推断出绿藻表面所含基团特征.

吸附试验采用六联程控搅拌机,转速150/min ,反应时间为300min ,用滤纸滤出绿藻后测定溶液中染料质量浓度;分别研究绿藻投加量、吸附时间、盐质量浓度及染液pH 值对吸附过程的影响特征;采用不同质量浓度的FeCl 3溶液浸泡绿藻30min ,对绿藻表面进行改性,由于Fe 3+带黄色影响染料吸光度的测定,所以最后将水棉从改性剂中用镊子取出放入清水中稍加漂洗,以洗去在水

棉表面未吸附牢固的Fe 3+,之后进行染料吸附试验,进行吸附模式分析.

2　试验结果与分析

2.1　绿藻的表面官能团特征

绿藻表面官能团特征如图2所示.其中,T 为透过率.

由图2可知,绿藻表面官能团比较丰富.比较典型的有-OH 或N -H 基团(3346cm -1)、C =

O 基团(1641cm -1)和C -O 基团(1035cm -1)等.1000~1200cm -1处对应的可能是C -O -C 、C -O -H 、S =O 和O =P 基团等,500~1000cm -1之