文摘

地表水质量的连续降解染料材料在全球范围内的关注。农业废弃物荔枝(LC)皮的原料(RL)和修改(CL)的形式被用来作为潜在的吸着剂的封存刚果红(CR)染料水溶液中。吸附前后的吸着剂的特点与傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM),能量色散x射线能谱(EDS)、Brunauer,艾美特,出纳(打赌)表面积分析,x射线衍射(XRD)。确定零电荷点(PZC)建议CR染料吸附在酸性水溶液中最好博士批实验司机等的影响时间,剂量、初始浓度、pH值、温度进行了优化和使用。结果研究表明,修改与柠檬酸(CA)减少了平衡时间从90年到15分钟。水化学变化并没有显着影响的吸着剂的去除效率,而是稍微改进两种吸附剂类型。< 125的小粒度μm去除效率高于较大的一个记录(> 125μ米)。温度影响吸附的影响不同。对于RL系统,它随着温度的增加而减小,而氯系统温度的增加而增大。描述的朗缪尔等温线最佳平衡数据基于线性化系数和最大吸附能力( )55.56毫克/克(RL)和58.48毫克/克(CL)。最好pseudo-second-order模型还描述了动力学数据。热力学研究表明,反应是可行的和自发的。都吸着剂记录其他染料的去除效率很高如罗丹明B、亚甲基蓝、甲基橙、孔雀石绿、赤藓红B五个循环再生/吸附实验0.1 M氢氧化钠再生吸附剂的解吸装置剂显示有效地移除CR染料水溶液中接近原始样品的前三个周期。因此,本研究建立了LC皮作为一个潜在的环保,容易获得,有效的封存的有害染料废水吸附剂。

1。介绍

水资源短缺和水污染是主要的环境挑战的21圣世纪。干净的水是一种稀缺商品在大多数发展中国家的社区由于连续可用的有限的水资源污染由国内和工业人类活动,这可能有不利影响农村居民(1,2]。工业活动通常是伴随着利用大量的淡水和代大量的废水3]。工业废水包括有机和无机污染物如染料、农药残留、溶剂和清洁剂,溶解残留在水果和蔬菜,木质素从纸浆和纸张,盐水,和金属4,5]。染料的主要污染物释放到环境中通过其不断增加的使用行业,如纺织、纸浆和造纸、皮革、制革厂、油漆、食品、医药、和电镀行业(6,7]。世界银行专门标记纺织工业作为世界的主要消费者生产的合成染料,也负责全球水污染的20%由于其连续放电的有色废水进入环境介质(8]。

未经处理的染料废水的排放到各种环境中媒体是一个威胁生态系统作为高致命性合成染料可能会退化,诱变和致癌的产品(9,10]。人体接触这样的水导致了潜在的癌症风险的增加,皮肤过敏,眼睛发炎11],严重损害大脑、肾、肝、生殖系统、中枢神经系统(12]。地表水色,这是合成染料废水的影响,减少了水的审美价值,因此它不适合娱乐,灌溉,国内使用。此外,光穿透显著降低从而阻碍光合活动。这最终影响生长或水生生活的带来死亡10,13,14]。

有工业废水排放标准在全球范围内,但不幸的是,依从性较低的水平,因为现有废水处理方法是非常昂贵,往往造成环境的二次污染。此外,这些有色废水主要含有偶氮染料。这类染料是很难隔离从废水由于其极端水溶性和复杂的芳香结构使其稳定和不可生物降解的15,16]。吸附过程被认为是一种非常有效的方法比其他可用的废水处理的方法,因为它是划算的,设计简单,容易操作,敏感目标污染物(7,17,18]。商业活性炭被广泛用作吸附剂对废水处理。然而,尽管它的慷慨用于污水处理、商业活性炭仍然是一个昂贵的材料(7,19,20.]。这导致寻找低成本的农业废弃物/植物材料与类似的潜在属性取代商业激活碳。

最近的研究兴趣集中在使用各种农业废弃物作为吸附剂去除有害染料工业废水。这些生物废弃物生物降解和现成的大量很少或根本没有价值,常常导致处理问题(10,21]。使用的一些农业废物,在先前的研究染料的固水媒体玉米皮(22],咖啡浪费[23),香蕉皮24硬果漆树果种子外壳(),25],澳洲坚果籽壳[26),和荔枝种子27]。

这些植物材料有时是化学改性提高其吸附效率,还可以减少吸附过程所需的时间(28,29日]。柠檬酸(CA)已被用于这项研究作为修饰符荔枝(LC)皮。CA是一个无毒的有机酸,是廉价和自然丰富的生物质。结构,包含了-哦和羧基连接组织,不仅是有效的加载CA吸附剂还好螯合组织有机染料和重金属等污染物的去除废水(30.]。这就解释了为什么CA将适度修改任何材料而不造成二次污染31日]。最近的研究报告修改的吸着剂CA对各种染料的吸附30.,32- - - - - -35]。

CR属于偶氮类染料和行业广泛应用,因为其独特的效果,但其对环境的毒性作用是十分关注的8,15]。研究结果表明,它经历了退化形成致癌芳香胺,产品高度致命的环境和人类有致癌和诱变效应8]。本研究的目的是探索使用农业废料的潜力(LC)隔离有害染料水溶液。同时,我们开发一种新型的吸附剂与柠檬酸通过修改信用证。此外,一个全面的表征吸着剂的报道。各种实验司机对染料的吸附进行了优化和从事这项研究。水化学变化的影响也被研究。各种吸附平衡和动力学模型被用来评估吸附剂的吸附特征。

2。材料和方法

2.1。样本收集、准备和修改

信用证从荔枝水果皮聚集在Vhembe Tshakuma水果市场购买区,南非。皮是与蒸馏水洗几次,去除附着杂质和干在恒温烤箱50°C 3天。干皮(图1)之后使用Retsch RS 200磨粉机磨。摧毁的荔枝皮与King-test VB 200/300已筛筛筛获得细颗粒粉末大小< 125μ和> 125μm。荔枝皮粉被储存在密闭容器和称为生荔枝皮粉(RL)。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图1
的图片(a)荔枝皮,(b)摧毁荔枝皮(RL)和(c)修改荔枝皮(CL)。

RL修改了CA方法所描述的类似燕et al。34和Zhang et al。30.]。10 g的RL分发包含100毫升到250毫升瓶瓶0.5 CA。混合搅拌在200 rpm水浴除尘在室温下为90分钟。此后,泥浆涌入一个不锈钢托盘和干在烤箱24小时50°C。后来,烤箱的温度提高到120°C之间的90分钟允许热化学反应酸和植物材料(RL)。干物质与蒸馏水浸泡,洗几次以去除多余的CA。酸的存在证实了测试的滤液0.1硝酸铅(2),直到没有观察到浊度。最后,材料是在烤箱干50°C 48 h。植物材料之后被允许酷,磨,再渗获得细颗粒粉末大小< 125μ和> 125μm。这些被存储在一个密闭容器里。这种修改植物废料称为CA-modified荔枝皮粉(CL)。

2.2。准备染料溶液和校准

分析级CR染料是购自费舍尔科学,美国。CR的结构式如图2提出的,其物理化学性质Ojo et al。36)如表所示1。原液的CR染料制备的CR染料用去离子水溶解1 g 1000毫升容量的玻璃瓶。各种测试解决方案所需的浓度被稀释的准备一个已知体积的原液与适当的体积的去离子水。CR最大吸收波长( )预定的496 nm的CR上运行扫描解决方案之间的400和1000海里,用紫外可见分光光度计(猎户座AquaMate 7000,热科学)。


图2
铬的化学结构。
表1
CR染料的物理化学性质。
2.3。描述的RL和CL
2.3.1。傅里叶变换红外光谱(FTIR)

PerkinElmer 100红外光谱分光光度计(美国沃尔瑟姆,MA)与配件是用来调查官能团负责原始的属性和修改前后的吸着剂CR染料吸附。这个红外光谱分光光度计配备α的白金ATR(衰减全反射)单一反射钻石ATR模块与光谱范围7500 - 375厘米1和光谱分辨率< 2厘米1。光谱光谱进行扫描的波长范围4000 - 500厘米1捕捉带适用于样本(37,38]。

2.3.2。扫描电子显微镜和能量色散x射线能谱(能谱)

表面形貌和元素组成的原始和修改前后的吸着剂CR使用扫描电子显微镜分析了染料吸附(TESCAN,织女星3布,布尔诺,捷克)加上一个能量色散x射线能谱(EDS)系统。这是很重要的,为了理解表面的形态和观察的任何变化带来的吸着剂改性和CR染料吸附。下面描述的过程Edokpayi et al。39),粉末样品的吸着剂烤箱干在105°C 6 h。样本与薄层碳喷溅形成导电层在非金属样品,并防止积累电子束。样本分析之前,安装在一个金属导电碳带存根。显微照片的样品得到与20 kV的电子束辐照后在真空中。分析元素成分的吸着剂进行了利用能量色散x射线能谱(EDS)。线光谱(峰值),每个对应一个元素。的强度特征线元素的浓度成正比。

2.3.3。Brunauer、艾美特、出纳(打赌)技术

粉状吸附剂的结构特征决定了选择技术使用三星II微粒学(美国)分析器。样品在真空脱气在一夜之间50°C。面积、总孔隙体积和平均孔隙直径测量使用氮气(N2在77 K)。分布的孔隙尺寸和孔隙体积确定使用Barrett-Joyner-Halenda BJH模型(40), - - - - - -情节,分别41]。氮分子横截面积为0.162 nm2。微孔对应体积,这些孔隙小于2纳米,中孔对应于毛孔中的体积,这些2至50 nm,大孔隙对应体积,这些孔隙大于50 nm。

2.3.4。x射线衍射

PANalytical XPERT-PRO衍射仪(美国)用于生和XRD分析改性前后样品的吸着剂CR染料吸附。样品被磨成细颗粒粉(< 90μm)之后,他们装上玻璃样品持有人使用剃须刀滑动删除多余和百叶窗紧闭。采取的预防措施,以确保严格包装玻璃缝隙,避免人工污染的样品(42]。x射线衍射与测角仪扫描使用Ni CuK过滤α辐射( )源45 kV的加速电压和电流的40 mA。

2.4。确定零电荷点(PZC)

了解吸附机制,有必要确定吸附剂的零电荷点。PZC表明pH值的吸附剂是中性的。然而,除此之外pH值,吸附剂成为正面或带负电荷(43]。吸着剂的PZC被处根据分析方法解释道等。(36)和Edokpayi et al。25]。设置7瓶瓶,每个包含40毫升0.01 M氯化钠。氯化钠溶液的pH值在每个瓶子调整初始pH值(酸碱度0)2、4、6、7、8、10和12使用盐酸0.1米和0.1 M氢氧化钠的解决方案。溶液的pH值是用酸度计(热猎户座Versa明星)。0.15 g的吸着剂添加到每个瓶子和激动在30°C水浴瓶24小时。24小时后,样本在2800转离心10分钟。最后的pH值(酸碱度f上层清液的测定。绘制一个图形的PZC估计pH值的变化( )对初始pH值(酸碱度0)。pH值PZC吸附剂的交叉点上 - - - - - -轴的地方 。

2.4.1。吸附实验研究的影响参数对铬的吸附

搅拌时间的影响研究从5到180分钟来确定最佳吸附平衡时间。检测温度的影响,不同温度范围内的30o每个实验的到80°C。不同质量的吸着剂0.02 - 0.20 g的范围应用于40毫升40岁,60岁,80 mg / L CR染料溶液的浓度在最佳时间和温度对吸附剂剂量和山梨酸酯浓度的影响。pH值的影响进行了研究,确定CR的pH值条件,有利于去除染料水溶液。七瓶瓶包含40毫升40 mg / L CR染料溶液被设置。每个瓶子的pH值在2 - 10的范围调整使用盐酸0.1米和0.1米氢氧化钠的解决方案。吸附剂的质量在批0.05、0.10和0.15 g被分发到每个瓶子和激动在最佳时间和温度。吸着剂< 125的大小μ和> 125μm是利用调查的影响粒度的吸着剂CR染料的吸附水溶液。所有的实验都进行了一式三份。吸附参数的重复评价相一致的趋势观察执行的分析显示了良好的可重复性。

2.4.2。的影响矩阵

水来自Mutale河(南非林波波省)被用来准备批40 mg / L CR染料溶液实验而不是去离子水用于其他实验。染料的去除效率实验使用地表水是去离子水的相比。这是很重要的检查水化学变化的影响的封存CR染料水溶液(25]。

2.5。其他染料的去除效率

新颖的吸着剂的效率也是测试其他染料的去除如罗丹明B、亚甲蓝,亚甲基橙、赤藓红B,并从水溶液孔雀石绿。0.15 g的吸附剂是激动与40毫升40 mg / L的染料溶液为180分钟。水浴瓶的温度控制在30°C和搅拌速度为200 rpm。每一批的样品被撤回瓶15分钟间隔和离心分离吸附剂的山梨酸酯。最后的山梨酸酯浓度测定。

染料,这些的数量 (毫克/克)计算表达式(1),染料的去除效率,这些计算使用表达式(2)[38,44]: 在哪里 (毫克/升)染料溶液的初始浓度, (毫克/升)是平衡液相浓度的染料, (毫克/升)是最后的液相浓度的染料, (左)溶液的体积,和 (g)是吸附剂的质量。

2.6。吸附动力学

机制和CR的染料,这些表面的吸着剂进行了应用Lagergren符合一级,pseudo-second-order和intraparticle动力学模型生成的数据在吸附研究的影响。符合一级的线性表达式和pseudo-second-order动力学方程(3)和(4),分别45,46]: 在哪里 和 是大量的染料,这些在平衡时,在给定的时间吗 和 和 是符合一级的速率常数和pseudo-second-order模型。符合一级动力学模型是用于治疗获得的实验数据绘制 与时间。的值 和 斜率和截距的确定。同样,pseudo-second-order动力学模型被应用于实验数据绘制 与时间 。的值 和 计算斜率和截距的情节,分别。情节获得的线性系数进行比较,以确定最适合的吸附过程动力学模型(39]。

Intraparticle扩散模型是线性表示 在哪里 是染料的量,这些(毫克/克)在时间吗 (最小值), 是intraparticle扩散速率常数(毫克/克敏),然后呢 是拦截(毫克/升)47]。这个模型是进一步用于治疗实验获得的数据块 对 。的值 和 可以确定的斜率和截距的阴谋。如果曲线的线穿过的起源和价值 ,假设intraparticle扩散是唯一的速率控制步骤的反应48]。拦截了一个知道边界层的厚度。的价值就越高 ,更大的厚度(49]。的计算值的斜率线性情节intraparticle速率常数。

2.7。吸附等温线

等温吸附线描述了山梨酸酯的性能和相互作用的吸附剂(3]。平衡吸附研究获得的数据在不同浓度和温度进行了分析使用朗缪尔,弗伦德里希,Temkin吸附等温线模型来理解类型的吸着剂的表面发生吸附。朗缪尔模型假设一个理想的吸附剂表面的吸附山梨酸酯的只发生在固定数量的站点,每个站点只能持有一个(单层)山梨酸酯分子(50]。它还假设所有可用的网站是等价的,没有相互作用,这些分子在相邻的网站(39]。朗缪尔模型的线性化表达式是由(51] 在哪里 是染料(CR)的平衡浓度(毫克/升), 是CR染料的量,这些在平衡(毫克/ g), 的最大数量,这些(毫克/克),然后呢 是朗缪尔吸附常数(L /毫克)。的情节 对 ,和CR染料的最大的值,这些( )和朗缪尔吸附常数( )计算截距和斜率的情节,分别。朗缪尔吸附过程模型的一致性决定使用 在哪里 分离系数, 是初始染料浓度(毫克/升),然后呢 是朗缪尔常数(L /毫克)。 表明不利, 表明线性的, 表示有利, 表示不可逆转的单层吸附过程(39,52]。

一个多点吸附等温线模型描述了异构表面,可以表示为53] 在哪里 是染料的量,这些在平衡(毫克/ g), 在溶液中是染料的平衡浓度(毫克/升), 吸附能力(L /毫克),然后呢 吸附的强度显示吸附剂网站的异质性和能量分布39,54]。的线性图 对 是策划和常量 和 斜率和截距的确定情节,分别。的价值 还指出有利的吸附过程。

Temkin等温线假设一个线性减少染料分子的吸附热吸附剂表面,这减少并不像在弗伦德里希对数表达式(55]。Temkin等温线线性形式的表达

是平衡结合常数(液化沼气1), Temkin常数相关的吸附热。Temkin常量 和 从斜率截距的计算 vs。 。

2.8。吸附热力学

热力学研究表明吸附过程中发生的能量变化(56]。在温度的影响下获得的数据用于热力学研究。吸附过程的自发性和可行性等热力学参数测定的吉布的自由能变化 ),焓变化( ),和熵变化 )。这些热力学参数计算的基础上 在哪里 平衡常数, 是通用气体常数(8.314 J / mol / K),然后呢 温度(K) (57]。

平衡常数 表示在文学 (32,44,52,58]。然而,注意,是非常重要的 通过这个表达式在L / g的单位。这个必须重新计算无因次使它适合热力学平衡常数用于范霍夫阴谋。这是重新计算乘以山梨酸酯的分子量(696.66克/摩尔)和水的浓度(55.5 mol / L) (59]。范霍夫的情节 对 应该给一个线性关系的斜率 和一个拦截的 。基本上,一个积极的 值将指定吸热吸附过程的本质而负值意味着放热反应。一个积极的价值 表明增加随机性在固体/溶液界面发生在吸附剂的吸附过程除了反映出亲和力向山梨酸酯。此外,负 值表示一个可行的和自发研究吸附过程的温度,反之亦然。

2.9。解吸研究/再生

解吸研究是非常重要的特别是当考虑吸附剂的可重用性和安全处置吸附剂到环境中度过的。这带来了废水处理的实际经济,防止污泥积累,减轻二次染料污染环境。解吸实验被进行了Edokpayi et al。39];0.15 g的吸附剂被分发到3瓶100毫升的瓶子包含40毫升40 mg / L CR染料溶液。这些都是激动的eco-bath振动控制在30°C和搅拌速度为90分钟200 rpm。时间到期后,并将回收的吸着剂用蒸馏水洗净去除表面的残余染料的吸附剂。去离子水、盐酸0.1米和0.1米的氢氧化钠被利用作为潜在解吸装置解决方案。40毫升解吸装置的解决方案测量每100毫升瓶瓶包含吸附剂和激动的速度为90分钟200 rpm和30°C。混合物是后来离心机,浮在表面的分析来确定解吸后的最终浓度。使用表达式(解吸百分比计算12)。吸着剂的再生之后调查重复sorption-desorption实验5周期探讨可重用性的吸着剂23]。

3所示。结果与讨论

3.1。描述的吸着剂
3.1.1。傅里叶变换红外光谱(FTIR)

前后的红外光谱谱RL和CL CR染料吸附在图所示3。获得的谱线在不同的乐队区域表明有各种官能团的表面吸附。红外光谱的RL和CL如图3(一个)显示宽带峰值在3270厘米1和酒精的o - h键发出代表集团(60]。中在2911年达到顶峰,2841厘米−1代表了脂肪族碳氢键的集团(61年]。一个强大的媒介达到1603厘米1描述C = C的芳基(56]。短的在1425年达到顶峰,1362厘米1代表的碳氢键组。高峰在1311年和1230年(cm−1),在1007厘米-顶点1对应于切断拉伸(62年]。CL光谱显示新乐队在1491厘米1分配给C = O伸展,这意味着羧基组介绍了CA吸附剂的表面由于修改(30.]。峰的强度也降低观察CL因为光谱吸光度较低水平。这个观察揭示了酸改性高温的影响带来了分子间键断裂和联系,从而能够提高染料吸附(63年,64年]。各种官能团如羟基、羰基、醚和羧基组可用的表面吸附的红外光谱已报告透露的是适合去除染料(52,63年]。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图3
红外光谱谱(a) RL和CL吸附之前,(b) RL和SRL吸附后,(c) CL和sci后吸附。

CR染料吸附后,花了原始的光谱荔枝(SRL)揭示的吸光度值减少乐队和峰值相比RL呈现在图3 (b)。吸光度值的减少表明,可用的网站已经被CR染料吸附剂。细微的变化观察CL及其形式sci如图3 (c)。CR的轻微变化表明,去除染料RL和CL比化学吸收作用更多的是物理吸附。比较结果是报道Elavarasan et al。65年]。

3.1.2。扫描电子显微摄影(SEM)

前后的显微图RL和CL CR染料的吸附在图所示4。RL的显微图显示一个褪色的,免费的,和更少的片状结构表面比较CL出现尖锐的和更明确的,更为结构化的表面。形态学的变化观察CL可以归因于效果之间的热化学反应改性剂和植物材料,从而赋予它一个明确的片状结构。此外,CL的表面变得更清晰、更明确的由于果胶等杂质,去除木质素,粘性物质从植物材料CA治疗(24,32]。这个观察是相对于酸改性的效果在吸着剂的文献报道(32,52]。


图4
扫描电镜的RL和CL CR染料吸附前后(×10000)。

吸附后的扫描电镜显微照片所示的图像SRL和sci揭示了更明确的占领与鳞片状突起的形态可以归因于CR染料分子的吸附到吸附剂的活性表面。

3.1.3。能量色散x射线能谱(EDS)

主要元素确定EDS光谱如图5氧气(O)和碳(C),其他元素在分钟百分比。观察到的原子百分比的增加碳和氧气的减少CL比RL的定量结果如表所示2可能是由于热化学改性的影响56]。修改的吸着剂在高温下稳定的吸着剂的挥发性内容由于债券破损和联系从而导致增加活性炭的比例(36]。正当表示,贝罗et al。66年),”碳含量越高,吸附剂对吸附过程就越好。“因此,CL能够比RL染料去除效率更高。吸附后,在碳原子百分比有显著增加,显著减少氧的原子百分比在吸着剂(SRL和sci)。这种变化从而证实CR染料的吸附到吸附剂已经发生和RL和CL都合适的吸着剂材料去除的CR染料水溶液。


图5
EDX RL和CL吸附前后的光谱。
表2
RL的元素成分和CL。
3.1.4。Brunauer,艾美特和出纳技术(打赌)

表面积和孔隙大小分布分析了N2吸附和解吸研究。如表所示3打赌表面积RL和CL显示,低价值的0.4465米2/ g和0.6278米2分别/ g。低表面积值是一个迹象表明,吸着剂不是自然界中微孔;因此,CR染料的吸附可能通过活跃的表面,收敛毛孔,官能团相互作用,更多的是物理吸附(52]。一些先前的研究吸附染料的水溶液用植物吸着剂也称低表面积值(48,52,67年]。观察到的高表面积的CL可以归功于酸性洗涤的细胞壁取消了一些表面的极性化合物改性后的吸附剂(52]。CR染料吸附后,有打赌了吸附剂的表面面积值减少由于铬的吸附染料,目前占据主动吸着剂的表面。

表3
打赌biosorbents染料吸附前后的结构参数。
3.1.5。x射线衍射

晶体材料的衍射图样显示突出或尖锐的峰值而无定形材料显示了广泛的或不规则的山峰。RL的x射线衍射图和CL与各自花了形式(SRL和sci)吸附后呈现在图6。RL的衍射图和CL显示广泛的山峰在2-thetha角度13°,22°,和43°与有机官能团在吸着剂(48]。RL的衍射模式显示非晶态吸附剂的性质没有著名的山峰的衍射模式。CL显示一定程度的结晶度由于短顶点展出2 -θ角27°可归因于高温改性的影响。这个顶点进一步加剧/长明显的衍射图样了CL (sci)水晶本性CR染料的吸附。这可能归因于CR的吸附染料的上层吸附剂的表面65年]。此外,衍射图样的花吸着剂(SRL和sci)转移到更高的强度。这个结果表明染料吸附可能诱导体相吸着剂的变化。

(一)
(一)
(b)
(b)
图6
XRD块(a) RL SRL和(b) CL sci。
3.2。零电荷点(PZC)

pH值变化的情节与初始pH值如图7。pH值PZCRL和CL被确定为5.8和4.1,分别。吸附剂的表面带正电的(吸引阴离子)吸附过程的pH值低于PZC价值。相反,高于PZC价值,吸着剂的表面带负电荷(吸引阳离子/阴离子排斥)。坚决的PZC RL和CL酸性地区这意味着吸着剂强烈吸引阴离子在酸性pH值(68年,69年]。


图7
零收费RL和CL。
3.3。效应的实验参数对铬的吸附染料的水溶液
3.3.1。接触时间的影响

CR染料的去除效率的三个质量吸着剂迅速增加随着接触时间达到平衡,如图8。值得注意的是CL达到平衡速度在15分钟比RL平衡时间为90分钟。所有的吸着剂的质量显示相同级别的一致性达到均衡,均衡;没有进一步的CR染料相当大的增加。然而,RL记录较高的去除效率随着吸附剂用量而CL去除效率是恒定不论增加剂量。这表明CL将需要更少数量的最佳去除染料的吸附剂,以及其他实验参数的优化可以帮助实现较高的去除效率。更快的平衡时间比RL CL使其应用程序的更划算。处女的存在活跃的网站的表面吸附在早期阶段可能负责快速去除效率的CR。观察停滞的吸附效率达到平衡后可以归因于与CR分子饱和吸收剂的表面(70年,71年]。类似的趋势一直在观察其他阴离子染料的吸附去除研究5,26,27,36]。然而,这些类似的研究记录长的平衡时间。


图8
时间对吸附的影响CR染料在RL和CL。
3.3.2。温度的影响

之间的关系CR染料的吸附水溶液用RL和CL不同温度如图9。结果显示在图表明,增加温度不支持对RL CR染料的吸附,暗示一个放热的过程。相反,CL的结果表明,提高温度有利于CR染料去除,表明一个吸热吸附过程。CR染料的CL的增加在更高的温度下可以归功于增加染料分子的流动性,更激活吸附剂的活性位点。这一发现同意下预测效果所需的时间,最小数量的CL是最佳的CR染料在高温下,至少0.05 g的质量也取得了较高的去除效率。这意味着更少的污泥为CL生成系统。研究由Olakunle et al。56对铬的吸附活化可可豆荚壳显示相同的趋势随着温度增加,但小说改性吸附剂在这项研究中表现出较高的去除效率。


图9
温度对吸附的影响CR染料在RL和CL。
3.3.3。剂量和浓度的影响

吸着剂的用量在0.5 g / L - 5.0 g / L是用于不同的山梨酸酯浓度的40岁,60岁,80 mg / L,和情节的关系呈现在图10。一般来说,去除效率的CR染料吸附剂用量增加而增加。40 mg / L记录的最低浓度最高的CR染料去除效率比其他浓度。重要的是要注意,RL达到平衡的状态在吸附剂用量为3.5 g / L。然而,这种平衡状态达到更快的改性吸附剂CL较小剂量为1.5 g / L。这一发现也符合所需的最小剂量的CL是最佳效率;因此,污泥产生更少。在平衡时,类似的CR染料的去除效率记录不管不同吸附剂的用量。最初的提高去除效率与吸附剂用量可以归因于增加相应的增加可用于吸附活性部位。连续补充CR删除记录可能导致吸附聚合或重叠的网站(25]。由于吸附剂饱和,很少或根本没有删除记录后达到平衡状态。


图10
CR染料的用量和浓度对吸附的影响在RL和CL。
3.3.4。pH值的影响

溶液的pH值已经建立了吸附过程的一个重要参数,因为它的影响吸附剂的表面结合位点和染料分子的电离过程23,72年]。CR染料对pH值变化非常敏感,因为它是在酸性pH值和变红蓝色基本博士这颜色变化在酸性介质是由于质子化作用,即。,有 偶氮集团过渡到更高的波长(23]。故事情节的实验结果呈现在图11观察表明,最大CR染料去除百分比在pH值2。酸碱高于2的进一步变化导致CR染料的去除效率的急剧下降。这个观察同意PZC的结果部分3.2,这表明CR染料去除效率最好在酸性介质。


图11
pH值对铬的吸收染料RL和CL。

铬是一种阴离子染料水解成r3- - - - - -在酸性介质。CR的最大吸附染料在pH值2可以归因于强劲的存在之间的静电引力CR在游离状态和带正电的表面的吸着剂23]。进一步增加溶液pH值的增加导致带负电荷的站点和减少吸着剂的带正电的网站。这带来了染料阴离子之间的静电排斥和带负电的吸附,造成下降CR染料的吸附31日,56]。此外,大幅降低铬的吸附在高pH值也可能是由于吸附网站之间的竞争增加负离子(哦- - - - - -)解决方案和CR染料分子(73年]。类似的趋势CR染料吸附使用其他吸着剂已报告在文献[23,26,36,74年]。

3.3.5。吸附剂粒径的影响

吸着剂的颗粒大小是一个重要的控制参数在吸附过程中,因为可用的表面积吸附吸着剂的颗粒大小影响很大。它可以推导出图如图12RL和CL显示更高的CR染料去除效率与粒径< 125μ比> 125μm。这可能归因于这样一个事实:磨碎细颗粒粉的吸着剂提供了更大的表面积,从而提高吸附率(75年]。这个观察是一致的研究使用生物废弃物(CR染料的吸附44,76年]。


图12
粒子大小的RL和CL CR染料的吸附。
3.3.6。的影响矩阵

评估实验与模拟废水由地表水和去离子水的调查的影响改变了水化学铬的吸附染料水溶液。结果如图13表明更高的吸附效率的CR实验也取得了染料与地表水的去离子水。这可能是由于离子的催化效应存在于地表水(表4)[25]。这些离子会加速吸收CR染料的水溶液在吸着剂的活性区域。这一趋势的去除效率自然高水同意这项研究由Edokpayi et al。25),在水化学变化的影响亚甲蓝染料的吸收到澳洲简而言之。因此,确定吸附过程使用这些吸着剂吸收染料的废水是可行的,不仅限于在实验室模拟染料溶液的准备。


图13
矩阵对铬的吸附染料的影响在RL和CL。
表4
从Mutale河自然水的特点。
3.3.7。去除效率的吸着剂选择性染料

有效性的吸着剂去除其他染料水溶液的探索,调查如果吸着剂的效力不仅限于CR(阴离子)染料。五组中选择染料阴离子染料甲基橙和赤藓红B和阳离子等集团如罗丹明B、亚甲蓝和孔雀石绿。实验的结果在这些选择性染料呈现在图14。它可以推导出的情节,去除铬的吸着剂不仅有效染料,但也为其他染料的去除效果。记录结果,较高的去除百分比阳离子染料的组。这一发现证实了这些小说的实用性有效削减其他染料的吸着剂水溶液。CL保持最佳时间(15分钟)和质量(0.05 g)最大的染料去除RL 90分钟和0.15 g时,分别。这使得修改后的吸附剂便于成本效益的工业应用。


图14
去除效率的RL和CL选择性染料。
3.4。吸附动力学

动力学模型的线性化情节提出了数字15和16,结果展示在表的参数5。从获得的结果,CR染料的吸附到吸附剂最适合模型pseudo-second-order模型基于其相关系数( )值。此外,实验(实验)和(Cal) pseudo-second-order值计算 非常接近。这说明实验的准确性,进一步肯定了CR染料的吸附到RL和CL pseudo-second-order安装反应。类似的结果已经发表在文学上吸附的CR和其他染料到各种吸着剂(5,23,26,30.,31日,56,76年,77年]。


图15
动力学模型块RL。

图16
动力学模型块CL。
表5
RL和CL动力学模型参数。

此外,Webber-Morris intraparticle扩散模型进一步用来测试吸附数据,了解了影响吸附的动力学机制和速率控制步骤。由不同部分组成的拟合模型和迁移的CR染料水溶液吸附剂的表面。这些零件是(我)从水溶液CR染料分子扩散到吸附剂的表面,即。,boundary layer diffusion, (ii) transport of CR dye molecules into the intraparticle active sites, i.e., intraparticle diffusion, and (iii) sorption of CR dye molecules to the sorbent’s active sites, which is the equilibrium stage [78年]。获得的结果显示的情节 对 ,的线性情节表明intraparticle扩散的速率控制步骤。然而,线性情节不经过原点 表明intraparticle扩散不是唯一的速率控制步骤。这表明表面吸附和intraparticle扩散都包含在吸附过程中,因此一个复杂的吸附机制(44]。

3.5。吸附等温线

各种线性化块吸附等温线模型原始和修改数据所示17和18。等温线模型参数如表所示6表明吸附过程描述的三种模式在某种程度上因为他们都显示相关系数( )值大于0.7。然而,最适合到朗缪尔吸附数据模型,因为它显示最高 值。这里假定单层吸附发生在一个统一的和同质吸附剂的表面。吸附过程的整合,进一步确认的朗缪尔模型分离系数也称为无量纲常数( )。 值在0和1之间,这意味着良好的吸附过程。此外,弗伦德里希模型的吸附强度( )显示值大于团结,这也是一个有利的吸附过程的指示。


图17
等温线模型块RL。

图18
等温线模型块CL。
表6
吸附等温线模型参数的CR染料在RL和CL。

Temkin模型块 对 产生线性图和参数获得的结果; 减少与增加温度为CL RL和温度的增加而增加。然而,Temkin模型显示最低的 价值的三个模型和不提供最适合的吸附数据。

可比性研究CR封存的使用各种植物性染料水溶液的吸附也显示符合朗缪尔模型,和比较他们的最大吸附能力( )本研究提出了表7。值得注意的是强调改性吸附剂达到更高的吸附能力比原始吸附剂可归因于酸改性的重要影响。燕等人所做的研究。34和Zhang et al。30.]也记录在原始吸着剂提高CA-modified吸附剂吸附能力。

表7
最大吸附能力的CR染料到各种biosorbents文学。
3.6。吸附热力学

范霍夫的情节 反对( )给出了线性图表的吸着剂,如图19,获得表中给出的参数值8。对铬的吸附染料的水溶液对RL负面的 价值观在工作温度下获得的。这是一个迹象表明,吸附过程是自发的、可行的。消极的 值证实,吸附过程是放热的。积极的价值 说明有增加随机性sorbent-sorbate接口在CR染料分子的吸附在活动网站。同时,积极的价值 推断出良好的吸着剂CR染料分子的吸引力。类似的观察报告文学的吸着剂CR对其他粉末吸着剂喜欢咖啡23)和松树树皮粉(79年]。此外,铬的吸附染料对CL也表现出负的 和积极的价值 。然而,吸附过程是吸热的,因为积极的一面 获得的价值。类似的观察也被报道在文学的吸着剂CR到其他吸着剂,如酸改性蟹壳粉(80年)和酸改性核桃壳粉(36]。


图19
范霍夫块铬吸附到RL和CL。
表8
热力学参数CR染料吸附到RL和CL。
3.7。可能的吸附机制

山梨酸酯和吸附剂之间的吸附被认为是通过静电相互作用和氢键之间发生的各种官能团存在于表面的吸着剂和CR。吸着剂的零电荷点记录在这项研究中的应用是5.8 (RL)和4.1 (CL),分别。这意味着在酸性介质表面的吸着剂实际上是积极的,可以吸引r3- - - - - -集团在CR分子通过静电相互作用。此外,官能团记录等吸着剂的红外光谱谱哦,C = O,羧基可以很容易地使质子化在低pH值和吸引负离子山梨酸酯。然而,随着pH值的增加,吸附剂表面的官能团预计完全电离导致之间的静电斥力CR和RL和CL目前负的表面从而导致吸附能力降低(23]。同时,氢键的形成更有可能作为一个次要引力吸附过程中(17]。这是因为存在的氢和氧和氮等高度原子的电负性表面的吸着剂和山梨酸酯。

先前的研究也同意的可能性三个的吸着剂和染料分子之间的相互作用(i)羟基之间的氢键吸附剂和电负性团体CR的染料,在pH值(2)离子相互作用表面电荷是中性的,物理吸附时,和(3) - - - - - -电子共振(30.,78年]。

3.8。解吸/再生研究

获得的数据的情节了吸附剂的解吸实验呈现在图20.。在三个研究解吸装置代理、0.1 M氢氧化钠最有效再生废吸附剂解吸效率最高的记录。这表明,吸附过程主要是静电作用和氢键17,23]。受拉强度、解吸装置剂浓度、搅拌速度导致了CR染料分子的迁移从固体到液体(81年]。


图20
生存研究实验室和sci的解吸。

此外,再生和重用之后实验是由重复洗涤的吸着剂0.1 M氢氧化钠连续五个周期。吸着剂能够吸附铬染料的量接近原始样本(1日周期)2nd和3理查德·道金斯周期如图21。然而,CL仍然保持较高的去除效率在RL当所有周期的重用。急剧下滑明显的吸附效率的4th和5th周期。下降可能归因于难以恢复100%的质量在溶液中吸着剂和改变表面结构的吸着剂碱性溶液(82年]。随后这可能导致损失和损害/吸附堵塞网站。类似使用氢氧化钠作为有效解吸装置剂已经被Lafi报告文学et al。23和林等。48]。这一发现申明小说吸着剂可以再生和重用;因此,这是一个符合成本效益的技术隔离有害染料的水溶液。乏吸附剂可以安全地在管制危险废物填埋接收处理。


图21
再生和重用RL和CL的周期。

4所示。结论

封存的RL和CL利用CR染料水溶液通过批处理实验。吸着剂的描述揭示了自然,活跃的网站,和功能基团和元素组成的吸着剂。羧基被成功引入到吸附剂表面的CA修改显示的FTIR光谱,从而使CL获得更高的吸附容量最小的剂量为1.5 g / L,在15分钟。吸附过程是青睐的酸性pH < 125 2和颗粒大小μm。Pseudo-second-order动力学模型和朗缪尔等温线模型提供了最适合吸附过程 58.48毫克/克的CL和RL 55.56毫克/克。吸附过程是可行的,自发的放热的RL而CL是一个吸热的过程。水化学变化不影响吸附过程。荔枝皮可以被视为一个潜在的有效封存的染料废水吸附剂,因为它是有效的几个染料。

数据可用性

使用的数据在这个手稿提出了手稿的身体。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者感谢博士提供的资金约Edokpayi(授予数量:UID: 127276)南非国家研究基金会。