当前的世界环境

介绍

染料是各种工业，特别是纺织工业排放的废水的常见成分。在水中存在非常少量的染料是非常明显的和不可取的。^1-2染料可以显著影响的水生生物的光合作用活性由于减少的光穿透，并且还可能是有毒的某些水生生物由于芳族化合物，金属，氯化物等在他们的存在。^{3 - 6}全球纺织行业的总染料消费量超过10000个音/年，在面料行业估计有90％。据报道，大约100染料的色调每年纺织工业排入废物流。^7.茜素红S和专利蓝VF是最危险的染料，负责诸如皮肤和眼睛刺激几种危害效应所接触和可能的致癌危险的时候。

虽然常规化学和生物处理已被应用于从纺织废水中除去染料。这些方法在去除染料污染物中不足，因为染料稳定于光，热和氧化剂。^8-11吸附已经发展为纺织废水净化的最有效的物理过程之一，因为它可以生产高质量的水，并且也是经济可行的过程。“β最常用的颜色吸附剂是活性炭的。然而那due to the problem of activated carbon’s cost, the use of alternative adsorbents is attractive. Several researchers have been studying the use of other materials, such as industrial waste, agricultural by products, minerals eg., bottom ash,^14.泥炭，^15.蒙脱石，^16.橙皮^17.等。

在本研究中，我们研究了薄荷废作为一种潜在的生物吸附剂。印度是世界上薄荷的主要生产国。中国和巴西紧随印度排在第2和第3位。采用水蒸气蒸馏法从新鲜或部分干燥的植物中提取油，得率为0.1 ~ 1.0%。约96-99%的脱油薄荷植物被作为农业垃圾倾倒。

表1:茜素红S和专利蓝VF在30℃吸附的Langmuir和Freundlich常数 点击这里查看表格

本研究的目的是探索利用农业废弃薄荷来批量去除水溶液中的茜素红S和专利蓝VF染料的潜力。

表2:ARS吸附热力学参数 点击这里查看表格

方程:

其中C_0.Ce（mg / L）分别是初始和平衡的染料液相浓度。v是溶液（L）的体积，W是使用的干吸附剂的质量（g）。

结果与讨论

表3：热力学参数 PBVF吸附 点击这里查看表格

材料与方法

表4：在50毫克的浓度为ARS和PBVF动力学参数的值/升 点击这里查看表格

接触时间的影响

被吸附物

染料，茜素红S，分子式（C_14.H_7.NaO_7.S），分子量（342.26），C.I.（58005），（λ_马克斯专利蓝色VF分子式(C_27.H_31.N₂NaO_6.S.₂）（λ._马克斯从CDH新德里得到635纳米），分子量（566.66），C.I。（42045），印度.The储备溶液用双蒸水准确加权染料溶解制备。ARS和PBVF的结构示于图1中。

图1：染料的结构（c） 点击此处查看数字

图2：薄荷油的SEM图像之前和 吸附后 点击此处查看数字

吸附剂的制备与表征

从当地的Mentha蒸馏厂收集了Mentha。除去干燥的叶子，将碎片的生物吸附剂与热水进行广泛洗涤并干燥。之后，薄荷被压碎了。由100BSS网眼筛分的所得材料，随后用双蒸馏热水洗涤几次，然后在60℃下在烘箱中干燥24小时。通过扫描电子显微镜表征薄荷表面。SEM图像清楚地显示了Mentha颗粒的不规则和多孔表面。吸附前后Mentha的SEM图像如图2所示。2。

图3:接触时间对ARS吸收的影响 点击此处查看数字

图4：接触时间的影响为PBVF 点击此处查看数字

吸附研究

采用间歇式工艺研究了薄荷对活性氧和PBVF的吸附性能。各种被放置在一个250毫升的0.5 g标准瓶含有50毫升的染料溶液(浓度范围20 - 100 mg / L)接触时间从5 - 180分钟。染料仍在解决方案是由双光束紫外可见分光光度计(Elico SL 164模型)与路径长度1.0厘米细胞。用ARS在425和638 nm处测量PBVF的吸光度。生物吸附剂对染料的吸收量通过以下公式计算:

问：（C_0.C_E.）V./m...（1）

图5:pH的影响 点击此处查看数字

图6:浓度效应 点击此处查看数字

在20-50 mg/L染料溶液浓度范围内，在30℃下研究接触时间在5-180 min范围内的影响。ARS和PBVF的摄取与接触时间的关系如图3和4所示。染料的吸附随接触时间的增加而增加。溶液中染料的最大定量去除时间小于120分钟。然而，实验数据是在180分钟时测量的，以确保达到充分平衡。超过120 min后，染料去除率没有增加。

图7：盐的Effet 点击此处查看数字

pH值的影响。

溶液pH对ARS和PBVF的吸附的效果示于图5。对于这两种染料，当pH增加吸附量减少。低pH值被认为是对染料的最大吸附有利。在较低pH下，薄荷油的表面上的正电荷密度增加，这有利于通过吸引的静电力带负电荷的染料的吸附。^18.

图8：温度对ARS吸附的影响 点击此处查看数字

浓度的影响

研究了不同浓度下吸附质对染料吸附速率的影响。结果如图6所示。很明显，随着初始染料浓度的增加，染料的吸收也随之增加。这可能是由于在稀溶液中，染料分子的数目比浓缩的少。

图9:温度对PBVF吸附的影响 点击此处查看数字

盐的影响

盐浓度在10 ~ 100 mg/L范围内对吸附性能的影响。结果表明，ARS的吸附量略有增加，而PBVF的吸附量没有变化，如图7所示。外部电解质的存在提高了ARS的吸附能力，说明ARS与薄荷表面发生了静电相互作用。

图10:ARS和的Langmiur吸附等温线 PBVF 30°C 点击此处查看数字

温度的影响

分别在30、40、50℃条件下研究了温度对吸附量的影响。结果如图8和9所示。当温度升高30 ~ 50℃时，薄荷的吸附量逐渐增加，表现为吸热吸附性质。温度对吸附的增强可能是由于吸附剂上可吸附的活性表面位点数量的增加，吸附剂孔隙率和总孔隙体积的增加。这也可能是由于染料分子的迁移率随着其动能的增加而增加，以及吸附质的粒子内扩散速率随着温度的升高而提高。^19.

图11：ARS Freundlich吸附等温线和 PBVF 30°C 点击此处查看数字

图12：准一级动力学用于在浓度为50mg /克ARS和PBVF adsorpation 点击此处查看数字

吸附等温式

平衡吸附数据采用Langmuir和Freundlich模型进行分析。Langmuir模型基于均匀性假设，如吸附位点相同、表面单层覆盖、吸附物种之间没有相互作用等，而Freundlich吸附等温线则基于吸附剂表面位点具有不同结合能的假设。给出了Langmuir和Freundlich等温线模型的线性形式，分别为:

1 / x / m = 1 / q_0.b c + 1/Q_0....（2）

图13：用于ARS和PBVF浓度的伪二阶动力学，浓度为50mg / L. 点击此处查看数字

其中，x / m为染料摄取毫克/克，c是染料的平衡浓度（毫克/升）中，Q_0.和b是相关的吸附容量和吸附能朗缪尔常数。K._F是freundlich常数和n reundlich指数。用于ARS和PBVF的Langmuir和Freundlich吸附等温模型的曲线图在图10和11时显示了30个^0.C. Langmuir和Freundlich参数从它们各自的曲线的斜率和截距计算值（1 / X /米Vs的1 / c和LN1 / X /米Vs的LN c）和值在表1中列出。

图14：帧内 - 在浓度50毫升/升的颗粒扩散机制ARS和PBVF adsorpation 点击此处查看数字

吸附热力学

热力学参数如自由能的变化(G^0.)，焓(H^0.），和熵（S^0.)用下列公式测定。

1nGx /米= 1N / K^0.RTln_FKC + 1 / N LN C ...（4）

T是温度，单位是开尔文，R是气体常数。H^0.,年代^0.由下列eq计算。ln

KC = S.^0./ R-DH^0./ RT....（5）

(ÄH0)、(ÄS0)由ln Kc与1/T之间的曲线斜率和截距计算得到。(ÄG0)、(ÄH0)、(ÄS0)的计算值列于表(2 & 3)。焓值为正值表明吸附相互作用的吸热性质，ÄG0值为负值表明ARS和PBVF在薄荷废物上吸附的可行性。

图15:Bt Vs Time (min) 点击此处查看数字

吸附动力学

可行性和吸附过程的效率可以通过动力学研究来确定。ARS和PBVF的动力学数据是由评价伪第一和伪二级动力学模型。准一级^20.(eq. 6)和伪二阶^21.（方程7）的方程被表示为：

Log (qe - qt) = Log qe - k₁t / 2.303(6)

其中QE和QT分别是在平衡和时间T处吸附的量。其中k₁和K.₂是伪一级和伪二级速率常数。图12和图13为ARS和PBVF吸附的准一级和准二级动力学模型的线性图。各参数值如表4所示。结果表明，实验数据与伪二阶模型吻合较好。由表4可知，量化宽松的计算值与实验数据吻合较好，伪二阶相关系数较好。可以说，两种染料的吸附体系均符合准二级动力学模型。

图16:log (1-F) vs Time (min) 点击此处查看数字

吸附机制

粒子内扩散参数k_一世(毫克/克分钟^0.5）由以下方面定义。

其中Qt是染料的吸附（毫克/克），在时间t的量，K_一世是颗粒内扩散常数（mg / g min^0.5)， c为截距。qt Vs t的图^0.5是线性的(图14)。当c值为零时，则吸附速率在整个吸附过程中均受颗粒内扩散控制，而当c值不为零时，则ARS和PBVF的吸附过程均受膜扩散控制。ARS的ki值为0.268 mg/g min^0.5和c = 1.88，而PBVF具有浓度为50mg / L的Ki值为0.143以c = 0.391。

博伊德的薄膜扩散模型表示为：

其中F是在不同时间达到平衡的分数，t, Bt是F的函数(反之亦然)

哪里Q._T.问：_E.是染料摄取（毫克/克），在时间t和在平衡状态下，分别。示于图ARS和PBVF的博伊德曲线。用直线15.情节的Bt Vs的时间示出了线性度，而不经过原点在两种染料吸附的情况。这表明膜作为扩散速率确定处理。^22.

为了再次证实上述观察结果，我们在50 mg/l染料浓度下绘制了麦凯对数图(1”F)与时间的关系(图16)，并得到了偏离原点的直线。这些观察结果支持ARS和PBVF在薄荷废物上的吸附速率通过内部转运机制。^23.

结论

薄荷废料是一种当地可获得的低成本材料，可以作为一种替代吸附剂，用于去除水溶液中的酸性染料茜素红S和专利蓝VF，而无需进行任何费力的预处理。ARS和PBVF的吸附随染料初始浓度、温度和ph值的变化而变化。ARS和PBVF的定量吸附时间很短。在外部电解质存在的情况下，ARS与薄荷之间存在静电相互作用。吸附符合Freundlich等温线和Langmuir等温线。H的正数^0.表明染料吸附的吸热性质。

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