论文总字数：26684字

摘 要

本次学位论文选用了废弃的农业副产物——食用菌废菌糠（平菇废菌糠和灵芝废菌糠）作为生物吸附剂，以原料棉籽壳、棉籽壳毛作为对照吸附剂，研究了四种吸附剂分别对四种典型染料（藏红T、孔雀石绿、亚甲基蓝、苋菜红）作为模拟染料废水的吸附效果，通过测定溶液的pH、吸附剂的投加量、染料的初始浓度、温度和时间这几种影响因素来探讨四种吸附剂分别对四种模拟染料废水的吸附性能。结果表明，原料棉籽壳和棉籽壳毛具有非常好的吸附效果，最大吸附率可达99%，在改变pH时，四种吸附剂对染料的吸附效果改变不大；随着吸附剂投加量增加时，吸附率也随之增加逐渐趋于平稳；随着染料的浓度不断增加时，吸附率逐渐下降；改变溶液温度时，吸附率随着温度的增加不断下降，并通过模拟拟合线性回归方程得出吸附剂对染料的吸附符合Langmuir等温吸附模型，且相关系数接近于1；四种典型染料在棉籽壳、棉籽壳毛、平菇和灵芝两种废菌糠的吸附过程符合二级动力学模型，并计算了相应的吸附动力学参数。

关键词：菌糠；生物吸附剂；染料；吸附等温线；吸附动力学

Abstract: The dissertation selected agricultural waste byproducts--abandoned edible fungus chaff(Pleurotus ostreatus waste fungus chaff and Ganoderma lucidum waste fungus chaff) as the biological adsorbent,with raw cottonseed shell, cotton seed shell hair as control adsorbent,andstudy on four kinds of adsorbents respectively for four kinds of typical dyes (Malachitc green, Safranine T, Methylene blue and,Amaranth) as the adsorption effect of simulated dye wastewater, the factors on the determination of the solution pH, adsorbent dosage, initial dye concentration, temperature and time of these kinds of effect on four kinds of adsorbents were adsorption performance of four kinds of simulated dye wastewater. The results show that, the raw material of cottonseed shell and cotton seed hull hair with adsorption effect is very good, the maximum adsorption rate up to 99%, when pH is being changed, the adsorption effect of four kinds of adsorbents for dye changed little; with the adsorbent dosage is increased, the adsorption rate increases gradually tends to be steady with increasing dye concentration; when the adsorption rate, decreased; changing the temperature of the solution, the adsorption rate increases with the temperature decreasing, and the adsorption to dye accords with Langmuir isothermal adsorption model obtained by the simulation fitting equation of linear regression, and correlation coefficient close to 1; four kinds of typical dyes on cotton seed hull, cottonseed shell hair, Pleurotus ostreatus and Ganoderma lucidum two kinds of waste substrate adsorption process accorded with the two level dynamic model, the adsorption kinetics parameters and calculate the corresponding.

Key words: Fungus chaff; Biological adsorbent; Dye; Adsorption isotherm; Adsorption kinetics

目 录

1. 前 言 5

1.1 吸附剂对染料废水的吸附现状 5

1.2 农作物作为生物吸附剂的应用 6

1.3 食用菌菌糠作为生物吸附剂的应用 6

1.4 有机溶剂染料的简介 7

1.5 实验思路设计 8

2. 材料与方法 9

2.1实验仪器 9

2.2 实验材料 9

2.3实验方法 9

2.3.1吸附剂对不同pH值染料的吸附 10

2.3.2吸附剂投加量对不同染料的吸附 10

2.3.3吸附剂对染料不同温度的吸附 10

2.3.4等温吸附实验 10

2.3.5吸附剂对染料不同时间的吸附 10

2.3.6吸附动力学实验 11

2.3.7染料浓度的测定方法——UV法 11

3. 结果与分析 13

3.1 pH值对染料吸附效果的影响 13

3.2吸附性投加量对吸附效果的影响 15

3.3 染料初始浓度对吸附效果的影响 17

3.4 吸附温度对吸附效果的影响 20

3.5 Langmuir和Freundlich吸附等温线模型 21

3.5.1 吸附剂对孔雀石绿的吸附等温线研究 22

3.5.2 吸附剂对藏红T的吸附等温线研究 25

3.5.3 吸附剂对亚甲基蓝的吸附等温线研究 26

3.5.4 吸附剂对苋菜红的吸附等温线研究 29

3.6 吸附时间对吸附效果的影响 30

3.7 吸附动力学研究 32

3.7.1 吸附剂对孔雀石绿的吸附动力学研究 32

3.7.2 吸附剂对藏红T的吸附动力学研究 35

3.7.3 吸附剂对亚甲基蓝的吸附动力学研究 36

3.7.4 吸附剂对苋菜红的吸附动力学研究 39

4. 结论与展望 41

5. 本论文的创新点 42

参考文献 43

致谢 45

1. 前 言

1.1 吸附剂对染料废水的吸附现状

近年来，环境污染日益严重，生态平衡遭到破坏，对人类自身的存在已构成威胁，其中水污染是关键因素之一。种类繁多的廉价物质，如稻壳、食用菌菌糠等，这些可以经过简单的加工处理代替活性炭做吸附不同染料废水的试验，以解决染料废水对环境的污染问题。工厂排放的染料废水成分复杂、浓度高、毒性大 ^[1]。随着城市污染水厂和处理水量的日益增多，污泥中除了含有丰富的氮、磷等营养物以外，还含有大量的有机物、重金属一级各种致病微生物，其容量大、易腐败、不稳定、有恶臭，如果处理不好，将会造成大范围的二次污染^[2]。染料的毒性大，而且生物降解困难，因而会对水体环境造成严重污染。针对染料废水排放量大已成为当今难以治理的工业废水之一，而染料废水处理中通常用的吸附剂是活性炭，由于活性炭具有较高的吸附能力^[3]，它被美国环境保护中心列为最为有效地可控制吸附剂。它也经常被广泛用来作为商用吸附剂，但又因其价格昂贵，再生处理费用高，所以目前学者们都尝试去寻找一种廉价的替代吸附剂^[4]。

高净化率的污水净化材料作吸附剂已成为世界各国研究的热点，由于生物吸附剂能吸附多种污染物，它们是一种具有潜力的污染物处理方法^[5]。当前染料处理方法有活生物处理法、化学絮凝法、反化学氧化法、吸附法、电化学法等，但其成本较高或无法再生或再生成本较高，因而寻求一种高效、价廉的处理方法，成为各国研究学者高度关注的目标。生物吸附剂能吸附多种污染物，是一种具有潜力的污染物处理方法^[6]。目前有许多物理化学和生物方法被用于染料废水的处理，如絮凝沉淀、吸附脱色、离子交换脱色、超滤法、渗析法、化学氧化脱色、光氧化脱色、纳米技术处理、电解及生物处理法等^[7]。棉籽壳是棉籽经过剥壳机分离后剩下的壳，目前，棉籽壳主要用于：养殖食药用菌、发酵作饲料，饲养牲畜等。食用菌废菌糠也可作为生物吸附剂，这次实验也挑选了食用菌废菌糠，如平菇废菌糠和灵芝废菌糠两种，这两种废菌糠中也都含有原料棉籽壳、以及玉米、木屑、秸秆等等，它们都具有很强的吸附性，它们可以作为染料废水的廉价吸附剂。本学位论文采用棉籽壳、棉籽壳毛、平菇废菌糠和灵芝废菌糠三种作为生物吸附剂，研究了对孔雀石绿、藏红T、亚甲基蓝、苋菜红四种有机溶剂染料在pH值、吸附剂投加量、染料的初始浓度、温度和时间等因素下的吸附效果，得出最佳吸附率，并进行了吸附动力学研究。

1.2 农作物作为生物吸附剂的应用

农作物，作为一种世界上储量最大，且营养丰富，它们作为生物资源还没有被人类完全充分利用。它们作为生物资源具有优异的特点，如可再生性、可降解性，决定着它们的良好发展潜力。农产品废弃物，它们作为生物资源，然而在农村大量的被焚烧和丢弃，这样便给环境造成了极大地危害。我们可以通过一系列简单处理，将农产品废弃物作为一种高效的生物吸附剂，应用于染料废水处理，以有效利用废物资源^[4]。可以说农业废弃物利用率极低，而国外已经有大量关于廉价废弃物对废水处理的研究^[8-16]，特别是一些农产品废弃物。而可以通过这些农产品废弃物进行简单处理来提高它们的吸附能力，可以被用作一种廉价的高效吸附剂，用来替代传统的昂贵的吸附剂，广泛的被用作处理染料废水。国内对这方面的研究也已经有了一定的进展^[16-20]。我国是农业大国，每年产生大量的农业废弃物，这些废弃物中一部分对染料显示出良好的吸附效果，由于农业废弃物作为吸附剂去除染料具有价廉、易得、无毒性等优点，受到研究者的关注^[21]。

1.3 食用菌菌糠作为生物吸附剂的应用

近年来，随着食用菌生产技术的不断发展，食用菌栽培逐渐成为我国农业生产废弃物处理的途径之一。但是随着食用菌产业的迅速发展，也产生越来越多食用菌栽培后的菌糠，这些菌糠大多数被菇农随意丢弃，形成新的农业废弃物污染。研究表明，食用菌的废弃培养料可以再次利用、变废为宝^[22]。食用菌废菌糠是收获食用菌后产生的废弃菌渣，由于这些废弃菌渣中含有丰富的真菌菌丝死体，这些菌丝体表面有吸附作用，使其作为生物吸附剂成为可能，再加上菌糠是农业副产品，来源广泛，价格低廉，用它们来处理水中重金属的吸附剂具有良好的研究价值^[23]。食用菌废菌糠是指栽培食用菌过后剩下的培养基质，平菇菌糠和灵芝菌糠都是食用菌菌糠，在这次学位论文实验中我选取这两种废菌糠和棉籽壳、棉籽壳毛作为生物吸附剂。近些年资源循环利用的技术不断发展，使得菌糠成为一种十分可观的有效利用的重要资源，具有较高的利用价值^[24]。随着食用菌产业的不断发展，食用菌废菌糠越来越多，随意丢弃造成了资源的浪费，更重要的是对环境造成了很大的污染^[25]，食用菌废菌糠很多时候得不到处理，并且严重制约着食用菌产业的发展，而废菌糠含有丰富的多糖、氨基酸、有机质及微量元素等，它们还可以作为有机染料、有机肥、饲料以及可以再次种植食用菌。食用菌菌糠中含有小麦麸皮、棉籽壳、稻草、锯木屑、玉米芯、甘蔗渣及多种农作物秸秆等副产品，主要的是生产过后的废菌糠比食用菌菌糠总量占的量还大，而这些废菌糠只有少部分被进一步加工和利用，大部分被随地丢弃或焚烧，它们的营养物质不仅没有得到充分利用，而且对环境还造成了严重污染。由于对环境的污染越来越严重，国内外学者们开始将放眼于菌糠的再利用，这样食用菌废菌糠有很高的利用价值。目前对食用菌菌糠的利用研究，大多集中在单个领域且研究不够透彻，菌糠不能综合，有效地利用。因此，如何环保有效地处理好食用菌废菌糠成为一个越来越严峻的问题^[26]。而我在导师的指导下，分别挑选平菇废菌糠和灵芝废菌糠对不同有机溶剂染料的吸附效果，并且同棉籽壳、棉籽壳毛一起作为生物吸附剂研究比较，分析这四种种吸附剂在相同条件下对不同染料的吸附效果，同时为食用菌废菌糠的进一步开发利用开辟了新途径。

1.4 有机溶剂染料的简介

染料废水具有成分复杂、毒性强、色度深、有机物和无机盐的浓度高、难以生化降解等特点，因此染料废水的处理一直是国内外废水处理的难点之一^[27]。对于有机溶剂染料，导师给我挑选了四种染料，分别是孔雀石绿、藏红T、亚甲基蓝和苋菜红。孔雀石绿(Malachitc green )分子式为C₂₃H₂₅CIN₂，分子量364.90，特征吸收最大波长为617nm。它是一种人工合成的有机化合物，是一种绿色有金属光泽的结晶，又名碱性绿，严基块绿，它是有毒的三苯甲烷类化学物，既是染料，也是杀菌剂，可致癌，易溶于水，溶液呈蓝绿色。孔雀石绿的高毒性、高残留导致在废水处理中很难被降解将它除去^[28]。孔雀石绿可用作生物染色剂，基于孔雀石绿会引起的污染问题，进行以孔雀石绿溶液为研究对象，考察棉籽壳、棉籽壳毛、平菇废菌糠和灵芝废菌糠对孔雀石绿溶液在pH值、投加量、浓度、温度及时间不同条件下的吸附效果，从而能得出生物吸附剂是否能够吸附孔雀石绿染料溶液。藏红T（Safranine T）分子式为C₂₁H₂₁CIN₄，分子量364.90，特征吸收最大波长为530nm。又叫番红花红，是一种有机溶剂染料，是一种红棕色粉末，易溶于水，溶液呈红色溶液。用于生化研究时可作为氧化还原指示剂、酸碱指示剂、生物染色。利用棉籽壳、棉籽壳毛、平菇废菌糠和灵芝废菌糠考察藏红T溶液在pH值、投加量、浓度、温度及时间不同条件下的吸附效果，从而得出生物吸附剂是否能够吸附染料溶液。亚甲基蓝（MB, Methylene blue）分子式为C₁₆H₁₈N₃SCl·3H₂O，分子量为373.90，特征吸收最大波长为664nm。它是一种发亮的深绿色结晶或细小深褐色粉末，带青铜光泽，无气味，可溶于水，乙醇，不溶于醚类。亚甲基蓝在空气中较稳定，其水溶液呈碱性，水溶液天蓝色，有毒。在生化领域，可用作化学指示剂、染料、生物染色剂和药物使用。以亚甲基蓝溶液作为研究对象，考察

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