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user: 3. 结果与讨论(Results and Discussion) 3.1. 电极的SEM 如图1和图2所示，改性茶叶与未改性茶叶进行了比较，结果表明改性情况良好。图1中扫描电镜(SEM)图像表示，改性前茶叶渣表面看到树叶的纹理和一些气孔。图2中电镜(SEM)图像表示，改性后表面的气孔不见。图3中电镜(SEM)图像表示，放大到25千倍时，表面有覆盖层。 图1. 未改性茶叶 图2. 改性茶叶 图3. 改性茶叶(放大25千倍) 3.2. PEI-WT吸附剂的制备 1) 茶叶粒径的选取 如图4可知：在茶叶粒径为80-24目内，随着茶叶粒径的增大，PEI-WT吸附剂的单位吸附量显著增加，当茶叶粒径大于24目时趋于平稳，故以下采用32-24目茶叶进行改性实验。 2) 改性温度的选取 如图5可知：在30℃~55℃内，随着温度的升高，PEI-WT吸附剂的单位吸附量随之升高；当温度超过55℃，单位吸附量缓慢降低。故以下采用改性温度55℃进行改性实验。 3) PEI投加量的选取 如图6可知：在PEI投加量3~5 g内，随着PEI投加量的增加，PEI-WT吸附剂的单位吸附量逐渐升高；当PEI投加量大于5 g时，单位吸附量开始降低，故以下选取PEI投加量100 mL 25 g/L进行改性实验。 4) 戊二醛投加量的选取 如图7可知：在戊二醛投加量0~6 g内，当戊二醛投加量小于2时，PEI-WT的单位吸附量随着戊二醛投加量而增加；当戊二醛投加量超过2 g时，PEI-WT的单位吸附量与不加戊二醛的效果相近，故以下选取PEI投加量100 mL 10 g/L进行改性实验。 图4. 茶叶粒径对单位吸附量的影响 图5. 改性温度对单位吸附量的影响 图6. PEI投加量对单位吸附量的影响 图7. 戊二醛投加量对单位吸附量的影响 3.3. 响应面法优化吸附剂去除刚果红废水 单因素优化 选择PEI-WT投加量、初始pH值和温度先进行单因素考察。 1) PEI-WT投加量对吸附容量的影响 准确移取50 mL 10 mg/L的刚果红溶液置于锥形瓶中，分别加入0.06 g、0.09 g、0.12 g、0.15 g、0.18 g、0.21 g的PEI-WT，50℃下将其置于水浴恒温振荡器中，室温下振荡吸附8 h反应过程中，每隔一小时在可见分光光度计于波长为498 nm下测出吸光度，并计算吸附率。由图8可知，当PEI-WT投加量为0.12 g时，刚果红吸附率达到最大，之后再进一步增加吸附剂投加量，吸附率变化微小乃至下降，这表明染料废水中刚果红已经吸附完全，故后续实验选择吸附剂的投加量为0.12 g。 图8. PEI-WT投加量对吸附容量的影响 2) 初始pH对吸附容量的影响 准确移取50 mL 10 mg/L的刚果红溶液置于锥形瓶中，用硫酸和氢氧化钠调节刚果红溶液的初始pH [ 13 ] 值分别为3.0、5.0、7.0、9.0、11.0，然后再加入0.12 g PEI-WT，50℃下在水浴恒温振荡器中振7 h，反应过程中，每隔一小时在可见分光光度计于波长为498 nm下测出吸光度，并计算吸附率，如图9所示。结果发现，pH值为7时，刚果红的吸附效率最高，继续增大pH值，吸附率随之下降，这可能是因为随着pH值增加，溶液中OH − 离子数目增加，吸附剂荷正电程度降低以OH − 离子与刚果红阴离子染料存在竞争吸附，从而导致刚果红的吸附效率下降。 3) 温度对吸附容量的影响 准确移取50 mL 10 mg/L的刚果红溶液置于锥形瓶中，加入0.12 g PEI-WT，分别于30℃、40℃、50℃、60℃下将其置于水浴恒温振荡器中，室温下振荡吸附8 h反应过程中，每隔一小时在可见分光光度计于波长为498 nm下测出吸光度，并计算吸附率。由图10可知，当吸附温度为50℃时，刚果红吸附率达到最大，之后再进一步增加吸附剂投加量，吸附率变化微小，这表明染料废水中刚果红已经吸附完全，故后续实验选择吸附剂的投加量为0.12 g。 图9. 初始pH对吸附容量的影响 图10. 温度对吸附容量的影响 3.4. 响应面法优化PEI-WT吸附剂的制备工艺 3.4.1. 响应面分析实验设计方案 在单因素实验中，得到以下结果：pH为7，吸附温度为50℃，PEI-WT投加量为0.12 g。在单因素基础上，用响应面法对吸附容量进行进一步实验，考察交互作用对改性吸附剂吸附容量是否存在进一步优化。选择pH，吸附温度，PEI-WT投加量作为响应面实验的因素，见表1。 Table 1 Response surface design factor level tabl 因素/水平 −1.00 0.00 1.00 pH 6 7 8 温度℃ 45℃ 50℃ 55℃ PEI-WT投加量g 0.1 g 0.12 g 0.14 g 表1. 响应面设计因素水平表 在响应面设计水平基础上，进行以下17组实验，并测得结果见表2。 综合各响应值的结果，模型预测最优响应值条件为中心点各因子值 [ 14 ]，即pH为7.71，吸附温度为50.92℃，PEI-WT投加量为0.1时，改性吸附剂的综合性能最优。重复验证试验多次得出响应值为吸附容量 = 5.79，与预测值接近，说明预测效果理想。 Table 2 Response surface analysis test result 实验 pH 温度℃ PEI-WT投加量g 单位吸附量mg/g 1 −1 −1 0 1.45 2 1 1 0 4.52 3 0 0 0 5.02 4 0 0 0 4.68 5 0 −1 1 3.43 6 −1 1 0 1.52 7 −1 0 1 1.78 8 1 0 −1 5.61 9 1 −1 0 4.54 10 0 0 0 5.81 11 0 0 0 5 12 0 1 −1 4.66 13 0 −1 −1 3.49 14 1 0 1 4.56 15 −1 0 −1 3 16 0 0 0 4.85 17 0 1 1 2.98 表2. 响应面分析试验结果 3.4.2. 响应面分析 用方差来分析的响应面模型见表3。 Table 3 Analysis of variance tabl 方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 模型 29.63 9 3.29 25.38 0.0002 显著 A-pH 16.47 1 16.47 127.01 <0.0001 B-温度 0.074 1 0.074 0.57 0.4744 C-PEI-WT投加量 2.01 1 2.01 15.50 0.0056 AB 2.025E−003 1 2.025E−003 0.016 0.9041 AC 7.225E−003 1 7.225E−003 0.056 0.8202 BC 0.66 1 0.66 5.06 0.0593 A2 4.07 1 4.07 31.40 0.0008 B2 4.92 1 4.92 37.93 0.0005 C2 0.52 1 0.52 4.00 0.0856 残差 0.91 7 0.13 失拟 0.15 3 0.051 0.27 0.8453 不显著 纯误差 0.76 4 0.19 总离差 30.54 16 表3. 方差分析表 注：P值和F值是一个统计量，用以检验回归系数是否显著 [ 15 ] [ 16 ]。 由表3可知，二次回归模型中F值为25.38，表示该模型是显著的。显著性来源于噪音的可能性只占0.02%。P值小于0.0500，表明模型因子是显著的，失拟项(P值为0.8453)不显著，说明实验误差很小。 分析得到此模型复相关系数R2值为0.9703，方差系数越接近于1，说明回归方程的拟合程度越好，此模型的预测准确性较高。 运用响应面程序对响应值进行回归分析，经回归拟和后得到回归方程为： 单 位 吸 附 量 = 5 .0 7 + 1 . 44 * A + 0.0 96 * B − 0. 5 0 * C − 0.0 23 * A * B + 0.0 42 * A * C − 0. 41 * B * C − 0. 98 * A2                                       − 1 .0 8 * B2 − 0. 35 * C2 . 根据回归方程，作响应面图，考察拟合的响应面形状，单位吸附量与温度，pH，PEI-WT投加量的影响，其等高线图和响应面图如图11所示。中心黑点越接近暗的部位，表示影响越显著。 由图11(a)知：同一PEI-WT投加量下，在pH 6~8范围内，随着pH的升高，单位吸附量逐渐升高，在6~7.5范围内单位吸附量升高显著。等高线密度沿pH方向变化较大，说明pH对单位吸附量的影响大于PEI-WT投加量的影响。 由图11(b)知：同一温度下，在PEI-WT投加量0.10到0.14范围内，单位吸附量随着PEI-WT投加量增加而增加，且在0.10~0.12范围内增加显著。等高线密度沿温度方向变化较大，说明温度对单位吸附量的影响大于PEI-WT投加量。 由图11(c)知：同一温度下，在pH 6~8范围内，随着pH的升高，单位吸附量逐渐升高，且在6~7.5范围内单位吸附量升高显著。等高线沿pH方向变化较大，说明pH对单位吸附量的影响大于温度。 图11. 单位吸附量与温度，pH和PEI-WT投加量的等高线图和响应面图 综上所述，利用响应面图形分析、函数求导等手段分析pH、温度、PEI-WT投加量3因素对目标(单位吸附率)响应值的影响，三因素对单位吸附量的影响顺序为：pH > 温度 > PEI-WT投加量。经响应面法设计分析，较优吸附条件为pH 7.71、温度50.92℃、PEI-WT投加量0.10 g。 3.4.3. 较优提取条件验证 为了验证响应面法的可行性，在优化条件下制得PEI-WT，考虑到实际操作和生产的便利，将各个工艺参数修正为pH 7.5、温度50℃、PEI-WT投加量0.10 g。在此条件下进行三次重复试验，平均单位吸附量为5.85，相对标椎偏差为1.51%。表明吸附试验的重复性和精密度较好。