1、 Study the adsorption of rhodamine B on luffa fibers Abstract: In this thesis, The luffa fibers was employed as bio-sorbent to study the adsorption efficiency of rhodamine B. The effects of adsorption temperature, contact time , pH and adsorbent quantity on adsorption efficiency were investigated. B
2、y means of simulating the adsorption isotherm and combined with the dynamics and thermodynamics model to study the adsorption mechanism. The results showed that the optimal parameters were temperature 25 ,pH=1.0,initial rhodamine B concentration 100mg/L,adsorbent quantity 50mg,contact time 180min. T
3、he maximum adsorption quantity could reach 12.75mg/g.Adsorptive behavior are consistent with the Langmuir adsorption isotherm equation， the adsorption process agrees with the proposed pseudo-second-order kinetic model. Keywords :Luffa fibers Rhodamine B Adsorption mechanism 丝瓜络对罗丹明 B吸附的研究 摘要 ： 本论文以生
4、物质材料丝瓜络纤维作为吸附质，研究其对染料罗丹明 B 的吸附效果。并研究了吸附温度、时间、 pH 值以及吸附剂投放量对吸附效果的影响。通过模拟吸附等温曲线 以及结合 动力学和热力学模型对吸附机理进行了探讨。结果表明：丝瓜吸附罗丹明的最佳条件为：温度 25 、 pH=1.0、罗丹明 B 初始浓度 100mg/L、吸附剂投放量 50mg、吸附时间 180min。最大吸附量可达 12.75mg/g,该吸附行为符合Langmuir 吸附等温方程，吸附过程符合伪二级吸附动力学模型。 关键词：丝瓜络 罗丹明 B 吸附机理 目录 中文摘要 .1 英文摘要 .1 第 1章 引言 .1 1.1 研究背景及意义
5、.1 1.2 染料废水的危害和处理现状 .2 1.2.1 染料废水的危害 .2 1.2.1.1 废水中染料的危害 .2 1.2.1.2 废水中重金属的危害 .2 1.2.1.3 废水中其他物质的危害 .3 1.2.2 染料废水的处理现状 .3 第 2 章 丝瓜络概述 .3 2.1 丝瓜络及其作用 3 2.2 丝瓜络的研究现状 4 2.2.1 丝瓜络在医药方面的研究 .4 2.2.2 丝瓜络在染料废水处理方面的应用研究 .4 第 3 章 实验设计及内容 .5 3.1 主要材料、试剂与仪器 .5 3.1.1 主要实验原料 .5 3.1.2 主要实验仪器设备及试剂 .5 3.2 实验内容 .5 3.
6、2.1 pH 对平衡吸附量的影响 .5 3.2.2 吸附剂投放量对平衡吸附量的影响 .6 3.2.3 吸附温度对吸附效果的影响 .6 3.2.4 吸附时间对吸附效果的影响 .6 第 4 章 结果与分析 .7 4.1 pH 的影响 .7 4.2 吸附剂投放量的影响 7 4.3 吸附温度的影响及其吸附等温线的研究 8 4.3.1 Langmuir 吸附等温线方程 .8 4.3.2 Freundlich 吸附等温线方程 .9 4.3.3 结果分析 .10 4.3.4 热力学模型 .11 4.4 吸附时间的影响及吸附动力学研究 .12 4.5 正交实验及结果分析 .14 第 5章 结论 .14 参考文
7、献 .1 5 致谢 .15 1 第 1 章 引言 1.1 研究背景及意义 水是动植物体内和人的身体中不可缺少的物质，可以说，没有水就没有生命的存在。 人类社会依赖水而生存发展。古代，人类对水取利避害，适应水而生存；近代，人类对水兴利除害，兴建工程，开发水利，控制水害；现代，随着社会和生产的发展，地球上可资利用的水日趋短缺，水体受到污染，严重影响人类生存的环境， 造成水体污染的原因是多方面的，主要有，工业废水、生活污水、农业污水，另外还有其他原因，比如工业生产过程中产生的固体废弃物含有大量的易溶于水的无机物和有机物，受雨水冲淋而造成的水体污染。 这些污染物质不仅会使水体发生大规模赤潮、水生生物大
8、量死亡，给环境带来了严重的负担，也使部分地区的饮用水受到严重的污染 ，严重威胁人类的生存健康。因此寻求有效的治理污水的方法，是我们迫切需要解决的突出问题。 1.2 染料废水的危害和处理现状 1.2.1 染料废水的危害 1.2.1.1 废水中染料的危害 造成染料废水色度的主要因素就是染料。废水中的染料能吸收光线，降低水体的透明度，从而使水生植物的光合作用减弱，水体自然生态系统失衡。同时染料废水中含有的大量有机物会消耗水中的 氧，造成水体缺氧，威胁到水生生物和微生物生长，破坏水体自净。同时 易造成视觉上的污染。严重污染的水体也会对人类健康造成危害。因此，必须严格控制染料的排出，尤其是那些毒性较大、
9、毒害较重的染料。 本论文是以罗丹明 B 为研究对象，其主要性质及危害如下： 罗丹明 B(Rhodamine B)又称玫瑰红 B，是一种鲜桃红色的人工合成 染料 ，荧光铜杂环化合物的代表物。具有良好的染色能力和稳定性，其在溶液中有强烈的 荧光 , 可用作实验室中细胞荧光染色剂以及有色玻璃、特色烟花爆竹等行业。曾经用作 食品添加剂 ，但是它的大量使用对水体造成了很大危害，而且实验证明罗丹明 B 会致癌，因此对含有罗丹明 B 的废水的处理十分重要。 2 罗丹明 B 结构式 罗丹明 B 溶液 1.2.1.2 废水中重金属的危害 对铅、汞、铬等重金属盐类，用一般的生化方法很难降解，因此，它们在自然环境中
10、能够长期存在，并且会通过食物链积累而危及人类健康。如在日本发生过的水俣病、痛痛病等事件，都是由重金属汞和镉污染造成的。 此外，有些重金属还可致癌，如重金属铬，因此要特别注意排放和综合利用。废水中的染料会通过食物链不断循环传递，在人体内积累，从而危害到人体健康。 因此，对染料废水的处理一直是污水处理的一大难点。 1.2.1.3 废水中其他物质的危害 洗涤剂中含有大量的含氮磷化合物，尿素也常被用于印染各道工序，使得废水中总的氮磷含量增高，导致水体富营养化，中国近海水域发生赤潮以及池塘大面积死鱼就是明显的水体富营养化的例子。因此，对这类物质的使用量和排放应有所控制，不能不加限制地大量使用和排出。 1
11、.2.2 染料废水的处理现状 目前染料废水处理主要方法有物化法和生物法 。 其中物化法又包括吸附法、化学混凝法、氧化法等；生物法包括生物絮凝、生物固定法等。其中最常用的为吸附法。 吸附法能有效去除废水中难降解 和 剧毒的污染物 ，处理后的水 水质好且比较稳定，无二次污染 。 因而吸附法在 染料 废水处理中有着不可取代的作用。 常用的吸附剂有活性炭、粉煤灰、改性纤维素、粘土矿物、硅胶和树脂等。吸附效果比较好的主要是活性碳和树脂 。 1活 性炭比表面积大， 具 有很强的吸附脱色性能， 并 可通过热空气等方法再生，但再生难度 较大 ， 且 活性炭易流失，需 要 不断补充，运行费用大 。活性炭 常用作
12、废水的深度处理 。硅藻土表面为大量硅羟基和氢键，因而硅藻土具有表面活性、3 吸附性。粉煤灰吸附是以废治废，吸附后可进窑制砖。 2 近几年来，生物材料废弃物作为一种新型能源进入人们的视野，由于生物材料具有特有的多孔状结构，且廉 价丰富，吸附性能好，对环境无污染等优点，使得其作为一种新型的吸附剂用于染料废水的处理，并具有很好的发展前景。如废弃农用麦秸秆、花生壳、荞麦皮等。本论文采用的是生物材料丝瓜络作为吸附剂，来研究其对染料废水的吸附作用。 第 2章 丝瓜络概述 2.1 丝瓜络及其作用 丝瓜络 (Retinervus Luffae Fructus.RLF)是葫芦科植物丝瓜 (Luffa cylin
13、drica (L.) Roem.)成熟果实的维管束，具有清热解毒、通经活络、利尿消肿等功效，常在中药方剂中应用。 其主要化学成分为纤维素、木质素、半纤维素、木聚糖等。且含有多种丝瓜皂苷、酚类、氨基酸类、油脂等。丝瓜络全国各地均产，以 浙江 、 江苏 、 江西 所产质量为好。 丝瓜络具有强韧性、表面沉积厚角质，疏水性和透气性良好的特 点，经过专业的设计与加工丝瓜络在洗浴、足部 保健 、装饰、玩具、坐垫等领域都有应用。成熟丝瓜络可以用来做厨房清洁用抹布，环保低碳。另外丝瓜络也有一定的药理作用。又因为丝瓜络具有独特的多孔性物理结构和优良的机械结构，既亲水去油污并能脱附油脂而再生，所以是优良环保的吸附
14、分离材料。 2.2 丝瓜络的研究现状 2.2.1 丝瓜络在医药方面的研究 丝瓜络是我国传统中药材，主要以其药用价值为人们认识和利用。研究表明，丝瓜具有降血脂和抑制体重增加的作用。李菁等 3通过对实验性高血脂症大鼠灌服丝瓜络，仅 4d 时间，大鼠的血清总胆固醇（ TC）即下降了 40 .表明了丝瓜络的降血脂效果非常显著，而且见效快。此外，喂饲高脂饲料的实验大鼠实验后体重显著增加，而灌服高脂饲料和丝瓜络的实验大鼠体重则减轻，表明丝瓜络对高脂饮食诱导的体重增加有很好的抑制效果。同样，马建慧等 4也对丝瓜络的降血脂作用进行了研究，也证明了丝瓜络具有一定的降血脂作用。 4 丝瓜也具有保护心脏 的作用。关
15、颖等 5以小鼠为研究对象探讨了丝瓜络对心肌性缺血的防治作用。预先给小鼠灌服丝瓜络煎剂， 1周后腹腔注射垂体后叶素诱发急性心肌缺血。实验结果表明，不同浓度的丝瓜络煎剂均能有效的抑制垂体后叶素诱发的小鼠导联心电图 T 波的升高和心率减慢，说明了丝瓜络具有减轻心肌缺血和改善缺血性心电图变化的作用，并能显著降低心肌缺血后造成的血清乳酸脱氢酶（ LDH）以及心肌组织内丙二醛（ MDA）含量的增高，增加心肌组织中超氧化物歧化酶（ SOD）活性。说明了丝瓜络对心肌具有保护作用。 2.2.2 丝瓜络在染料废水处理方面的应用研究 由于丝瓜络具有独特的多孔状结构，具有良好的吸附作用，因此在废水处理方面具用很好的发
16、展前景。在研究中多采用经过不同方法改性的丝瓜络纤维，如经 NaOH碱化改性的丝瓜络纤维对废水中罗丹明 B、重金属 Cr(VI)的吸附作用。张剑等 6采用等离子体对丝瓜络进行改性，研究了其对染料亚甲基蓝的去除作用。结果表明，改性后的丝瓜络对亚甲基蓝的最大吸附率可达 53.8mg/g，丝瓜络的吸附作用 提高了丝瓜络纤维的使用价值，也为废水处理提供了可选择的生物吸附剂，同时 对于保护水体环境和人类健康也具有 一定意义。如图，丝瓜络纤维吸附前和吸附后的电镜图片： 吸附前 吸附后 第 3章 实验设计及内容 3.1 主要材料、试剂与仪器 3.1.1 主要实验原料 风干丝瓜刨皮去籽后，由粉碎机粉碎成约 1m
17、m 左右的丝瓜络纤维。 5 3.1.2 主要实验仪器设备及试剂 植物粉碎机（ 北京市永光明医疗仪器厂 ） 、分光光度计（ 上海 光谱仪器有限公司 ）、pH 计（ 上海大普仪器有限公司 ）、恒温振荡箱、电子天平（ 上海良平仪器仪表有限公司 ）、 扫描电子显微镜 （ 日本日立公司 ）、三角烧瓶、容量瓶 ；罗丹明 B、 NaOH、 HNO3；水为去离子水。 3.2 实验内容 3.2.1 pH 对平衡吸附量的影响 将 7份 25ml 100g/ml的罗丹明 B中分别加入 50mg的丝瓜络纤维，用 NaOH或 HNO3溶液调节 pH 值至 1.0 7.0，每一份设置一组空白 对照（不加丝瓜络纤维），在
18、25 的恒温振荡箱中振荡吸附 180min，测定吸光度并根据罗丹明 B 标准曲线（如图）计算罗丹明 B 的平衡浓度。计算平衡吸附量。 图 3-1 Qe=(C0-Ce)V/m 3-2 在式中： Qe为平衡吸附量， mg/g； C0 和 Ce分别为罗丹明 B 的初始和平衡质量浓度， g/ml；V 为罗丹明 B 的体积， ml； m 为吸附剂投放量， mg。 3.2.2 吸附剂投放量对平衡吸附量的影响 分别称取 10、 20、 30、 50、 60、 70、 80、 100mg 的丝瓜络纤维，在 25 的恒温振荡箱中对 25ml 100g/ml 的罗丹明 B 溶液进行吸附，每一份设置一组空白对照（不
19、加丝瓜络纤维）。溶液的 pH 值为 1.0，振荡吸附 180min。测定吸光度并计算罗丹明 B 的平衡浓度，计算平衡吸附量。 3.2.3 吸附温度对吸附效果的影响 6 将 3组（每组设置四份） 25ml 100g/ml 的罗丹明 B 溶液中分别加入 50mg 的丝瓜络纤维，每组中有三份有丝瓜络，另外一份作为空白对照。调节溶液 pH=1.0,分别置于10 、 20 、 30 的恒温振荡箱中振荡 180min,测定吸光度并计算罗丹明 B 的平衡浓度。 3.2.4 吸附时间对吸附效果的影响 配置 12份 25ml 100g/ml 的罗丹明 B 溶液，调节 pH 为 1.0，分别加入 50mg 丝瓜络
20、纤维，置于 25 恒温振荡箱中振荡吸附，定时取样，分别测定出吸附 10、 20、 30、 60、90、 120、 150、 180、 210、 240、 270、 300min 之后的罗丹明 B 浓度，计算吸附量。 Qt=(C0-Ct)V/m 3-3 在式中： Qt 为吸附量， mg/g； C0、 Ct 分别为罗丹明 B 的初始和残余质量浓度， g/ml；V 为罗丹明 B 体积， ml； m 为吸附剂投放量， mg； t 为吸附时间， min； 第 4章 结果与分析 4.1 pH 的影响 pH 对平衡吸附量的影响如图所示。由图可见，随着 pH 的逐渐增大，丝瓜络纤维对罗丹明 B 的平衡吸附量逐
21、渐减少。在强酸性条件下，丝瓜络纤维对罗丹明 B 的平衡吸附量较大。 4-1 这可能是由于罗丹明 B 分子中带有 CL。在酸性条件下，丝瓜络纤维表面因吸附H+而带有正电，可与 CL发生离子吸附。在 pH 较高时，丝瓜络纤维表面吸附 OH而带负电，与同样带负电的 CL产生静电斥力，从而造成丝瓜络纤维对罗丹明 B 的平衡吸附量减小。因此，罗丹明 B 溶液的 pH 值应为 1.0。 7 4.2 吸附剂投放量的影响 如图所示，随着吸附剂投放量的增大，丝瓜络纤维对罗丹明 B 的平衡吸附量逐渐较少，但基于节约原料和试验的可行性，吸附剂的投放量以 50mg 最为适宜。 4-2 4.3 吸附温度的影响及其吸附等
22、温线的研究 实验结果表明：随着吸附温度的升高，丝瓜络纤维对罗丹明 B 的平衡吸附量先增加后减少，在 25 时达到最大值，因此罗丹明 B 的最佳吸附温度为 25 。 吸附等温线是指在一定的温度条件下溶质分子在两相界面上进行吸附过程所达到的平衡吸附量与平衡浓度之间的关系曲线。可以反映出吸附剂的表面性质以及吸附质与吸附剂之间的相互作用信息。吸附等温方程可以用不同模型来进行拟合， Langmuir和 Freundlich 吸附等温方程应用最为广泛。 4.3.1 Langmuir 吸附等温线方程 Langmuir 吸附等温方程理论模型基于假设 ： 吸附剂表面是均匀的 ，只能发生单分子层吸附， 即一个吸附位 点 只吸附一个分子 。 吸附粒子间 不相互作用， 吸附达到平衡时，吸附 的速率 和脱附的速率相等。其线性形 式 为： e ee m L m11C CQ Q K Q4-3 在式中： Ce 为平衡时 吸附质 浓度 (mg/L)； Qe 为 平衡吸附量 (mg/g)； Qm 为最大吸附量 (mg/g)； KL 为 Langmuir 常数 (L/mg)，反映了吸附速度 。 以 Ce 为横坐标， Ce/Qe 为纵坐标作图 。 由直线的截距 和 斜率可计算出 Qm 和 KL 的值。 Langmuir 等温线的本质特性
