竹炭对溶液中龙胆紫的吸附性能

闫宗兰+尉震+莫德伦+吕丽娟+石军

摘要：以竹炭为吸附剂，龙胆紫为水中污染物，考察吸附条件的改变对溶液脱色率的影响。结果表明，50mL溶液竹炭用量为25mg、龙胆紫浓度为25mg/L时，脱色率约为86%，脱色效果良好；最佳吸附时间为4h；在酸性条件下竹炭对龙胆紫的吸附效果较好，在碱性条件下吸附效果较差；竹炭对龙胆紫的吸附为吸热反应，在50℃条件下竹炭对溶液中龙胆紫的脱色率约为93%。

关键词：竹炭；龙胆紫；吸附性能；吸附条件；脱色率

中图分类号：X52文献标志码：A文章编号：1002-1302（2014）11-0401-02

水是人类赖以生存和发展的主要资源之一，但随着人类社会经济的迅猛发展，水资源危机日益突出。这主要源于大量未经处理或处理未达标的工业废水和城市污水直接排放到江河湖泊，导致水环境受到严重污染。水中的有害物质包括大量的对人体有害的有机物、无机盐等[1-3]，给人们的生产生活造成了严重威胁。如何有效去除水中的有害物质、净化水环境，已经成为当今研究的热点和难点。

竹炭是竹材热解的产物。竹材生长快、繁殖能力强、容易更新，以竹材为原料生产的竹炭品质高、细密多孔、比表面积大、吸附力强，是一种性能良好、有着广阔发展空间的多功能材料[4-6]，近几年竹炭在净化水环境方面的研究和利用也日益受到人们的重视。龙胆紫为三苯甲烷系染料，具有抗菌、驱虫作用，因此早年用作外用杀菌剂，其1%～2%溶液俗称紫药水，是人们所熟悉的外用药。近年来国外医学家对龙胆紫溶液进行了细致的研究，结果发现它有极强的致癌性。本试验研究了不同条件下竹炭对龙胆紫溶液的吸附性能，以期为竹炭在水环境净化处理中的应用提供一定的科学依据。

1材料与方法

1.1试验仪器与试剂

722可见分光光度计（上海科学精密仪器有限公司）、电子天平、离心机、研钵粉碎机、pH试纸、比色管；竹炭、龙胆紫、盐酸、氢氧化钠。

1.2试验方法

竹炭的预处理：将竹炭研磨打碎，加入蒸馏水，在70℃条件下搅拌3h，以除去竹炭表面的残留物，抽滤，120℃下烘干，筛选分级，目数控制在50～<100目、100～<200目、200～<300目、300目及以上，继续烘干12h，置于干燥器中备用。

标准溶液配制：用电子天平准确称取固体药品0.025g，用蒸馏水溶解，移至1000mL容量瓶中定容摇匀，即得到25mg/L的标准溶液。

标准曲线的绘制：分别配制不同浓度（C）的标准溶液，在吸收波长578nm下测其吸光度D，进行线性回归后得龙胆紫标准曲线方程：

静态吸附试验：配制一定浓度系列的标准溶液50mL，倒入100mL锥形瓶中，准确加入一定量的活性炭，摇匀，置于室温下静态吸附一定时间后，离心过滤并取上层清液，用722可见分光光度计在比色波长处测吸光度，再根据标准曲线方程找出相对应的浓度，根据以下公式计算出龙胆紫的脱色率：

式中：C0为配制的溶液浓度，Ce为吸附后的溶液浓度，P为脱色率。

2结果与分析

2.1竹炭粒径对脱色率的影响

分别称取25mg50～<100目、100～<200目、200～<300目及300目及以上的竹炭，置于50mL25mg/L的龙胆紫溶液中，振荡吸附24h后，测其吸光度D，并计算出吸附后的溶液浓度及脱色率，结果见表1。

由表1可得，竹炭颗粒越小，脱色率越大，说明对龙胆紫溶液的吸附效果越好。这是因为竹炭颗粒越小，其比表面积越大，吸附容量也越大，吸附效果就越好。由于颗粒太小不方便分离，因此选用200～<300目的竹炭作为研究对象。

2.2竹炭用量对脱色率的影响

分别称取10、15、20、25、30、35、40mg200～<300目的竹炭，置于50mL25mg/L的龙胆紫溶液中，振荡吸附24h后，过滤，取滤液，测其吸光度，并计算出吸附后的溶液浓度及脱色率，结果见图1。

从图1可知，溶液中龙胆紫的脱色率随着竹炭添加量的增加而逐渐增大，当竹炭用量为25mg时，脱色率达到86%，脱色效果良好；此后随着竹炭用量增大脱色率变化不大。这是因为在静态吸附中，吸附效果与吸附剂和溶液的有效接触面积有很大的关系。竹炭添加量较少时，竹炭颗粒能充分与溶液接触；随着竹炭添加量增大，溶液中竹炭层的有效面积增加相对较少，这样竹炭与溶液的有效接触面积增加也变小，因此当竹炭添加量增大到一定值后，对溶液中龙胆紫的吸附效果也渐趋平稳[3]。

2.3溶液浓度对脱色率的影响

称取25mg200～<300目的竹炭，分别置于10、15、20、25、30、35mg/L的龙胆紫溶液中，振荡吸附24h后，过滤，取滤液，测其吸光度，并计算出吸附后的溶液浓度及脱色率，结果见图2。

由图2可得，随着溶液中龙胆紫浓度升高，竹炭脱色率也增大。当浓度大于25mg/L时，脱色率达到85.5%，之后随着溶液浓度升高，脱色率变化趋缓。这是因为当龙胆紫浓度较低时，虽然竹炭的比表面积较大，但是溶液中龙胆紫分子浓度小，被吸附到竹炭上的概率也低，因此脱色率并不高。随着龙胆紫浓度升高，其与竹炭接触的概率增大，被吸附的概率也增大，因此脱色率升高。随着龙胆紫浓度继续升高，吸附达到一定的平衡，因此脱色率的变化也趋于平稳。

2.4吸附时间对脱色率的影响

称取25mg200～<300目的竹炭，置于25mg/L的龙胆紫溶液中，振荡吸附，隔1、2、4、8、12、24h后，过滤，取滤液，测其吸光度，并计算出吸附后的溶液浓度及脱色率，结果见图3。

从图3可以看出，在吸附的初始阶段，竹炭对溶液中龙胆紫的脱色率随着时间延长而急剧上升。当吸附时间超过4h后，脱色率变化变小，基本达到平衡。这是因为在吸附初期，endprint

[FK（W11][TPYZL3.tif][FK）]

竹炭内部孔径较大，有较大的比表面积对龙胆紫进行吸附，随着时间推移，其对吸附质的吸附逐渐达到了饱和状态，吸附量减少，最终达到吸附平衡，脱色率保持稳定。

2.5溶液pH值对脱色率的影响

称取25mg200～<300目的竹炭，置于pH值分别为2、3、4、5、6、7、8、9、10、11的25mg/L的龙胆紫溶液中，振荡吸附24h后，过滤，取滤液，测其吸光度，并计算吸附后的溶液浓度及脱色率，结果见图4。

由图4可得，随着龙胆紫溶液pH值增大，脱色率逐渐减小，说明在酸性条件下竹炭对龙胆紫的吸附效果较好，在碱性条件下吸附效果较差。这是因为龙胆紫中的氨基（—NH2）在酸性溶液中易与H+结合形成阳离子—NH+3，从而容易与竹炭表面由于烧结而形成的缺陷和不饱和价形成化学键，在一定程度上促进了竹炭的吸附。

2.6温度对脱色率的影响

称取25mg200～<300目的竹炭，置于25mg/L的龙胆紫溶液中，分别于20、30、40、50、60、70℃振荡吸附24h后，过滤，取滤液，测其吸光度，并计算出吸附后的溶液浓度及脱色率，结果见图5。

从图5可以看出，竹炭对龙胆紫溶液的脱色率随着温度升高而逐渐增大，表明吸附是吸热过程。在50℃时竹炭对溶液中龙胆紫的脱色率达到约93%，之后随着温度继续升高脱色率变化趋缓。这是因为温度升高溶液中龙胆紫分子由于受热具有较大的动能，可以促进其进入到竹炭孔径中，吸附在竹炭表面，随着温度升高，在试验温度范围内吸附达到相对平衡，因此脱色率也渐趋平稳。

3结论

本试验结果表明，当50mL溶液竹炭用量为25mg、龙胆紫浓度为25mg/L时，脱色率约为86%，脱色效果良好；最佳吸附时间为4h；在酸性条件下竹炭对龙胆紫的吸附效果较好，在碱性条件下吸附效果较差；竹炭对龙胆紫的吸附为吸热反应，在50℃竹炭对溶液中龙胆紫的脱色率达到约93%。

参考文献：

[1]姜立军，沙中瑛，孙金峰，等.PAN原丝沸水收缩率影响因素的探讨[J].合成纤维工业，2006，29（4）：38-39，42.

[2]朱仙弟，梁华定，闫华，等.竹炭对碱性品红的吸附性能研究[J].应用化工，2008，37（10）：1135-1137.

[3]徐亦钢，石利利.竹炭对2，4-二氯苯酚的吸附特性及影响因素研究[J].农村生态环境，2002，18（1）：35-37.

[4]张东升，江泽慧，任海青，等.竹炭微观构造形貌表征[J].竹子研究汇刊，2006，25（4）：1-8.

[5]姜树海，张齐生，蒋身学.竹炭材料的有效利用理论与应用研究进展[J].东北林业大学学报，2002，30（4）：53-56.

[6]MizutaK，MatsumotoT，HatateY，etal.Removalofnitrate-nitrogenfromdrinkingwaterusingbamboopowdercharcoal[J].BioresourceTechnology，2004，95（3）：255-257.endprint

[FK（W11][TPYZL3.tif][FK）]

竹炭内部孔径较大，有较大的比表面积对龙胆紫进行吸附，随着时间推移，其对吸附质的吸附逐渐达到了饱和状态，吸附量减少，最终达到吸附平衡，脱色率保持稳定。

2.5溶液pH值对脱色率的影响

称取25mg200～<300目的竹炭，置于pH值分别为2、3、4、5、6、7、8、9、10、11的25mg/L的龙胆紫溶液中，振荡吸附24h后，过滤，取滤液，测其吸光度，并计算吸附后的溶液浓度及脱色率，结果见图4。

由图4可得，随着龙胆紫溶液pH值增大，脱色率逐渐减小，说明在酸性条件下竹炭对龙胆紫的吸附效果较好，在碱性条件下吸附效果较差。这是因为龙胆紫中的氨基（—NH2）在酸性溶液中易与H+结合形成阳离子—NH+3，从而容易与竹炭表面由于烧结而形成的缺陷和不饱和价形成化学键，在一定程度上促进了竹炭的吸附。

2.6温度对脱色率的影响

称取25mg200～<300目的竹炭，置于25mg/L的龙胆紫溶液中，分别于20、30、40、50、60、70℃振荡吸附24h后，过滤，取滤液，测其吸光度，并计算出吸附后的溶液浓度及脱色率，结果见图5。

从图5可以看出，竹炭对龙胆紫溶液的脱色率随着温度升高而逐渐增大，表明吸附是吸热过程。在50℃时竹炭对溶液中龙胆紫的脱色率达到约93%，之后随着温度继续升高脱色率变化趋缓。这是因为温度升高溶液中龙胆紫分子由于受热具有较大的动能，可以促进其进入到竹炭孔径中，吸附在竹炭表面，随着温度升高，在试验温度范围内吸附达到相对平衡，因此脱色率也渐趋平稳。

3结论

本试验结果表明，当50mL溶液竹炭用量为25mg、龙胆紫浓度为25mg/L时，脱色率约为86%，脱色效果良好；最佳吸附时间为4h；在酸性条件下竹炭对龙胆紫的吸附效果较好，在碱性条件下吸附效果较差；竹炭对龙胆紫的吸附为吸热反应，在50℃竹炭对溶液中龙胆紫的脱色率达到约93%。

参考文献：

[1]姜立军，沙中瑛，孙金峰，等.PAN原丝沸水收缩率影响因素的探讨[J].合成纤维工业，2006，29（4）：38-39，42.

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[3]徐亦钢，石利利.竹炭对2，4-二氯苯酚的吸附特性及影响因素研究[J].农村生态环境，2002，18（1）：35-37.

[4]张东升，江泽慧，任海青，等.竹炭微观构造形貌表征[J].竹子研究汇刊，2006，25（4）：1-8.

[5]姜树海，张齐生，蒋身学.竹炭材料的有效利用理论与应用研究进展[J].东北林业大学学报，2002，30（4）：53-56.

[6]MizutaK，MatsumotoT，HatateY，etal.Removalofnitrate-nitrogenfromdrinkingwaterusingbamboopowdercharcoal[J].BioresourceTechnology，2004，95（3）：255-257.endprint

[FK（W11][TPYZL3.tif][FK）]

竹炭内部孔径较大，有较大的比表面积对龙胆紫进行吸附，随着时间推移，其对吸附质的吸附逐渐达到了饱和状态，吸附量减少，最终达到吸附平衡，脱色率保持稳定。

2.5溶液pH值对脱色率的影响

称取25mg200～<300目的竹炭，置于pH值分别为2、3、4、5、6、7、8、9、10、11的25mg/L的龙胆紫溶液中，振荡吸附24h后，过滤，取滤液，测其吸光度，并计算吸附后的溶液浓度及脱色率，结果见图4。

由图4可得，随着龙胆紫溶液pH值增大，脱色率逐渐减小，说明在酸性条件下竹炭对龙胆紫的吸附效果较好，在碱性条件下吸附效果较差。这是因为龙胆紫中的氨基（—NH2）在酸性溶液中易与H+结合形成阳离子—NH+3，从而容易与竹炭表面由于烧结而形成的缺陷和不饱和价形成化学键，在一定程度上促进了竹炭的吸附。

2.6温度对脱色率的影响

称取25mg200～<300目的竹炭，置于25mg/L的龙胆紫溶液中，分别于20、30、40、50、60、70℃振荡吸附24h后，过滤，取滤液，测其吸光度，并计算出吸附后的溶液浓度及脱色率，结果见图5。

从图5可以看出，竹炭对龙胆紫溶液的脱色率随着温度升高而逐渐增大，表明吸附是吸热过程。在50℃时竹炭对溶液中龙胆紫的脱色率达到约93%，之后随着温度继续升高脱色率变化趋缓。这是因为温度升高溶液中龙胆紫分子由于受热具有较大的动能，可以促进其进入到竹炭孔径中，吸附在竹炭表面，随着温度升高，在试验温度范围内吸附达到相对平衡，因此脱色率也渐趋平稳。

3结论

本试验结果表明，当50mL溶液竹炭用量为25mg、龙胆紫浓度为25mg/L时，脱色率约为86%，脱色效果良好；最佳吸附时间为4h；在酸性条件下竹炭对龙胆紫的吸附效果较好，在碱性条件下吸附效果较差；竹炭对龙胆紫的吸附为吸热反应，在50℃竹炭对溶液中龙胆紫的脱色率达到约93%。

参考文献：

[1]姜立军，沙中瑛，孙金峰，等.PAN原丝沸水收缩率影响因素的探讨[J].合成纤维工业，2006，29（4）：38-39，42.

[2]朱仙弟，梁华定，闫华，等.竹炭对碱性品红的吸附性能研究[J].应用化工，2008，37（10）：1135-1137.

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[4]张东升，江泽慧，任海青，等.竹炭微观构造形貌表征[J].竹子研究汇刊，2006，25（4）：1-8.

[5]姜树海，张齐生，蒋身学.竹炭材料的有效利用理论与应用研究进展[J].东北林业大学学报，2002，30（4）：53-56.

[6]MizutaK，MatsumotoT，HatateY，etal.Removalofnitrate-nitrogenfromdrinkingwaterusingbamboopowdercharcoal[J].BioresourceTechnology，2004，95（3）：255-257.endprint