论文总字数：19655字

摘 要

用废弃的甘蔗渣通过提糖处理制备酶解前甘蔗渣，在此基础上再经纤维素酶解制备酶解后甘蔗渣。实验通过控制相关变量和改变吸附条件，探究各个因素对酶解前和酶解后甘蔗渣吸附废水中甲基橙的吸附性能影响的区别。

实验结果表明：在甲基橙溶液温度为25^oC、甘蔗渣投加量为0.1 g、吸附时间为4小时的条件下，酶解前甘蔗渣对甲基橙的去除率为43.59 %，吸附容量为10.90 mg/g，酶解后甘蔗渣对甲基橙的去除率为44.85%，吸附容量为11.22 mg/g，由动力学和热力学分析，该吸附过程属于非自发反应的放热化学吸附过程，且通过等温吸附模型分析，该吸附过程满足Freundlich等温吸附模型，这表明该吸附属多层吸附。

综上所述，用甘蔗渣吸附甲基橙染液的总体效果并不好，但由数据显示分析，纤维素酶解后的甘蔗渣对甲基橙的吸附效果比酶解前的甘蔗渣要好。

关键词：吸附 酶解前后甘蔗渣 染料废水处理 甲基橙 等温吸附模型

Adsorption of dyes on sugarcane bagasse with or without cellulase hydrolysis

Abstract

The waste bagasse was treated with sugar extraction to prepare the pre-enzymatic bagasse, and then the post-enzymatic bagasse was prepared by cellulase hydrolysis. By controlling the relevant variables and changing the adsorption conditions, the differences of the influences of various factors on the adsorption performance of methyl orange in bagasse adsorption wastewater before and after enzymatic hydrolysis were investigated.

The experimental results show that the highest dye removal of 43.6% was achieved with adsorption capacity reaching 10.9 mg/g for raw bagasse at 25^oC for 4 h and bagasse dosage of 2 g/L. The hydrolyzed bagasse, however, had a higher dye removal efficiency, which was 44.9% with q_m of 11.2 mg/g. Based on the kinectic and thermodynamic analysis, the adsorption belonged to non-spontaneous and exogenesis chemical reaction. Isothermal analysis reveals that dye adsorption on bagasse could be better describe with Freundlich model, indicating multi-layer adsorption process.

In summary, the overall effect of adsorption of methyl orange dye with bagasse was not good, but according to data analysis, the adsorption effect of hydrolyzed bagasse on methyl orange was slightly better than that of non-enzymatic bagasse.

Keywords: Adsorption; Sugarcane bagasse; Dye effluent treatment; Methyl orange; Isothermal adsorption model

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1研究背景 1

1.2国内外对染料吸附研究现状 2

1.3研究目的与意义 5

第二章 材料与方法 6

2.1实验材料、仪器 6

2.1.1 实验材料 6

2.1.2 实验仪器 6

2.2 试验方法 7

2.2.1 甲基橙光谱曲线 7

2.2.2 甲基橙标准曲线 7

2.2.3 甲基橙实验 8

第三章 实验结果与讨论 9

3.1 吸附时间对纤维素酶解前后甘蔗渣吸附甲基橙的影响效果对比 9

3.2 初始浓度对纤维素酶解前后甘蔗渣吸附甲基橙的影响效果对比 10

3.3 亚甲基蓝初始浓度对酶解前后甘蔗渣吸附亚甲基蓝的影响效果分析 11

3.4 温度对纤维素酶解前后甘蔗渣吸附甲基橙效果的影响 13

3.5 吸附等温模型 14

3.5.1 甘蔗渣吸附甲基橙的吸附等温线 14

3.5.2 甘蔗渣吸附亚甲基蓝的吸附等温线 15

3.6 甘蔗渣对甲基橙染料的动力学研究 17

3.6.1准一级动力学模型 17

3.6.2准二级动力学模型 18

3.7 甘蔗渣对甲基橙染料的热力学研究 19

第四章 结论 22

参考文献 23

致 谢 25

第一章 文献综述

1.1研究背景

随着人类社会文明日新月异的发展，当今世界对于色彩的要求越来越多样化，在绚丽多彩和五彩缤纷的背后会一直伴随着众多石油化工纺织印染工业的快速发展，这便造成大量工业生产产生的印染废水被排入水体造成水体污染，这不仅对水环境和水生生态系统产生巨大影响，而且对人体健康也存在潜在的危害。

印染废水在进入水体后，会造成水体大面积污染，增加水体浊度，降低能见度，造成了视觉上的污染，中断水生系统中的再氧化作用，抑制水生生物的光合作用。并且某些色素会随着鱼虾类的进食而进入鱼虾的体内，由于人类饮水和食用鱼类、虾类等水生动物等方式使得色素进入人体，一些合成染料由于其毒性、致癌性或诱变性，可能对人类造成潜在危害。因此，由于印染废水造成的诸多危害，纺织或其他有色废水的处理是一个严重的问题，在过去几十年使得越来越多的人们开始关注印染废水问题。但截止到目前，印染废水处理仍然比较困难，且回收率低于10%^[1]。

印染废水约占工业废水的30 %~40%，其处理状况一直深受关注。染料废水因其成分复杂，色度深，有机污染物含量高，可生化性差，难降解，且大多数染料及其代谢中间产物具有致突变性、致癌性和其他毒性，从而成为难处理的工业废水^[2,3]。甲基橙溶液为染料化合物的主要代表物，其在酸性和碱性条件下具有醌式和偶氮结构，是染料化合物的主体结构^[4]。通常，含染料废水的处理方法可分为两大类：一是物理或化学染料去除方法，即所谓的脱色法；二是生物降解法。脱色法一般有沉淀法、吸附法、过滤法、反渗透法等，染料去除的化学方法有还原法、氧化法、络合法、离子交换法和中和法等。生物处理可以在有氧或无氧的情况下进行。这些工艺都有其缺点和局限性，如成本高，产生二次污染物，去除效率差。为解决传统处理法中存在的诸多问题，近年来寻找来源广、价格低廉的生物质材料成为国内外研究热点^[5]。高效、环保、经济可行的染料废水处理技术的持续发展仍是当务之急。因此，吸附法被认为是去除和回收废水中染料的最有效的经济替代方法，具有很高的潜力。甘蔗是一种低成本作物，是生长速度第二快的热带牧草。甘蔗渣是甘蔗茎秆被碾碎后剩下的物质，可提炼木糖醇用作糖尿病的甜味剂，同时它在在牙病、脂代谢紊乱、肠道/肾脏损伤、肺部感染等领域也具有有益的用途。因此甘蔗很受大众人群的喜爱，这使得甘蔗在中国被用作一种重要的商用作物，由于中国人口众多，而且甘蔗潜在效益丰厚，因此在中国南部及西南地区种植着大面积的甘蔗。

1.2国内外对染料吸附研究现状

王建芳、王君等研究了Fe₃O₄ /δ-MnO₂磁性纳米片对亚甲基蓝溶液的吸附行为，最终得出Fe₃O₄/δ-MnO₂磁性纳米颗粒对亚甲基蓝呈现出良好的吸附性能，在吸附最初的30 min内速率较快，随后吸附速率趋于平缓，吸附约在60 min内达到平衡^[6]。利用Fe₃O₄/δ-MnO₂六边形纳米片处理染料废水既可以同步发挥 Fe₃O₄和δ-MnO₂的高效吸附性能，同时材料兼具磁性也便于收集。

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