竹炭對溶液中二價錳離子的吸附特性研究

王偉 劉神燕 張啟偉

(麗水學(xué)院 化學(xué)化工系 浙江 麗水 323000)

竹炭對溶液中二價錳離子的吸附特性研究

王偉 劉神燕 張啟偉*

(麗水學(xué)院 化學(xué)化工系 浙江 麗水 323000)

研究了竹炭對溶液中二價錳離子的吸附行為。試驗結(jié)果表明：竹炭對錳2+吸附的最佳酸度為pH=4.4；溫度在298K時，竹炭對錳2+的吸附平衡時間為6 h，且竹炭粒徑對吸附平衡時間基本不產(chǎn)生影響；錳2+的初始濃度越大，一定量竹炭的吸附量越大；一定濃度、體積的溶液中，竹炭的投放量越大，去除率越大；在298～318 K的溫度范圍內(nèi)，吸附量呈現(xiàn)先增后減的趨勢。

竹炭；錳2+；吸附；影響因素

錳是環(huán)境水質(zhì)污染物的重要重金屬監(jiān)測指標(biāo)之一, 國家明文規(guī)定工廠排污口含錳及其化合物的最高排放質(zhì)量濃度為2. 0 mg/L。因此，減少工業(yè)廢水中二價錳離子的含量有著重要的意義[1-3]。竹炭是竹材熱解得到的主要產(chǎn)品，是一種多孔性物質(zhì)，具有較大的比表面積，因而它具有強(qiáng)吸附性。竹炭作為一種新型吸附材料，在環(huán)境保護(hù)、醫(yī)學(xué)和食品等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。竹炭作為吸附劑特點是吸附性廣，表現(xiàn)在對許多重金屬及有機(jī)物均有較好的吸附性[4-7]，價格便宜，原料易得，吸附速度相對較快，操作簡單。

本文研究了在最佳吸附酸度條件下，竹炭對錳2+的吸附特性，為了解竹炭對錳2+的吸附機(jī)理以及含錳廢水的深度處理提供有效的理論依據(jù)。

1 試驗材料與方法

1.1 主要儀器及試劑

722型分光光度計、THZ-82A型水浴恒溫振蕩器(±0.5 ℃)、pHS-3C型酸度計。

實驗所用的條狀機(jī)制竹炭由浙江富來森有限公司提供。竹炭經(jīng)粉碎、過篩，選出20～30目、30～40目和70～80目的竹炭，平均粒徑為0.90～0.60 mm、0.60～0.45 mm和0.22～0.18 mm。吸附前經(jīng)去離子浸泡24h，并洗滌數(shù)次后,250℃烘干，待用。

2.0 mg/mL錳2+標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液按常規(guī)配制；其它實驗所用試劑均為分析純。

1.2 分析方法

取適量二價錳離子樣品溶液于250ml錐形瓶中，加水至50mL，加硝酸磷酸混合液2mL和玻璃珠3粒，煮沸3min，取下稍冷，加過硫酸銨和高碘酸鉀固體各0.5g，保持微沸1min，冷卻后，移入100mL容量瓶中，定容，以未加顯色劑的樣品溶液作空白，于530nm波長處測定吸光度[8]。

1.3 吸附平衡試驗

稱取經(jīng)處理的一定量的竹炭于碘量瓶中，加入一定量的緩沖溶液及一定量的Mn2+標(biāo)準(zhǔn)溶液。于恒溫振蕩器中振蕩至平衡，振蕩速率控制在 80 次/min。按1.2 法分析水相中Mn2+的平衡濃度，按下式計算吸附量Q(mg/g)及去除率E%。

式中co為錳的原始濃度(mg/mL)，ce為錳的平衡濃度（mg/mL）；V為吸附質(zhì)溶液體積（mL）；m為吸附劑質(zhì)量（g）。

2 結(jié)果與討論

2.1 溶液酸堿度對吸附量的影響

準(zhǔn)確稱取50.0 mg竹炭(0.22～0.18 mm)于碘量瓶中，準(zhǔn)確移入不同pH的NaAc-HAc緩沖溶液20.0 mL，加入一定量的錳2+標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液，使Mn2+的初始濃度co=3.0 mg/mL，溶液總體積為100 mL，在T=298K條件下間隙振蕩，每隔一定時間取樣，分析溶液中Mn2+的濃度，直至平衡。計算竹炭對體系中Mn2+的吸附量與pH之間的關(guān)系。

在NaAc-HAc緩沖體系中，竹炭對錳2+的吸附量與酸度的關(guān)系見圖1。根據(jù)圖可知，在T=298 K條件下，竹炭對二價錳離子的最佳吸附酸度為pH=4.4,其吸附量為41.54 mg/g。以下實驗均選用在pH=4.4的NaAc-HAcl緩沖溶液中進(jìn)行。

2.2 吸附平衡時間

圖1 ph對吸附量的影響

準(zhǔn)確稱取50.0 mg 竹炭(0.22～0.18 mm)于碘量瓶中，在pH=4.4的NaAc-HAc緩沖體系中，使Mn2+的初始濃度c0=3.0 mg/mL，溶液總體積為100 mL，置于恒溫振蕩器上，在T=298K條件下振蕩，每隔一定時間取上層輕清液分析溶液中的Mn2+的殘余濃度，直至達(dá)到平衡。將一系列數(shù)據(jù)經(jīng)體積校正換算成每克竹炭對Mn2+吸附量Qt，實驗數(shù)據(jù)見表1。

從表4可知：吸附量隨時間的延長而增大，但在6h后吸附量基本趨于不變，即達(dá)到吸附平衡，所以確定竹炭吸附二價錳離子的平衡時間為6小時。

同樣方法及條件也試驗了不同粒徑竹炭(0.90～0.60 mm和0.60～0.45 mm)對Mn2+的吸附平衡時間及平衡吸附量，其吸附平衡時間均為6.5h，吸附量分別為31.59 mg/g和39.15 mg/g。試驗表明，不同粒徑竹炭吸附平衡時間基本相同，但吸附量不同，粒徑小吸附量大，平均吸附速率快。另外，大顆粒竹炭大多數(shù)沉于溶液底部，易分離。

表1 竹炭吸附平衡時間

2.3 竹炭用量對吸附效果的影響

分別準(zhǔn)確稱取30.0mg、50.0mg、70.0 mg、90.0mg、110.0mg、竹炭（0.22～0.18 mm）于碘量瓶中，在pH=4.4的NaAc-HAc緩沖體系中，使Mn2+的初始濃度c0=3.0 mg/mL，溶液總體積為100 mL，置于恒溫振蕩器上，在T=298K條件下振蕩，直至平衡。測得吸附平衡時Mn2+的濃度ce mg/mL，換算成相應(yīng)的吸附量Q mg/g，及計算吸附率E%。吸附量 Q(mg/g)或E%與竹炭量(mg)的關(guān)系見圖2。

圖2 竹炭的用量對吸附的影響

從圖中不難看出在一定體積一定濃度的吸附質(zhì)溶液中，竹炭的投放量越小其比吸附量越大，每克竹炭吸附越充分；而隨著吸附劑用量的增大，吸附量減小，但吸附率是增大的，為了保證出水合格，應(yīng)根據(jù)吸附劑的優(yōu)劣，顆粒大小，適當(dāng)?shù)剡x擇吸附劑用量[9]。

2.4 吸附質(zhì)濃度對吸附效果的影響

分別準(zhǔn)確稱取50.0 mg的竹炭（0.22～0.18 mm）5份于碘量瓶中，加入不同量的二價錳離子標(biāo)準(zhǔn)溶液、20mL、pH=4.4的NaAc-HAc緩沖溶液和蒸餾水，溶液總體積均為100.0 mL，在T=298K條件下振蕩，直至平衡。以未加竹炭的溶液作空白，置于水浴恒溫振蕩器上，振蕩速率控制在150 r/min，在T=298 K條件下振蕩，直至趨于平衡，測得吸附平衡時Mn2+的濃度ce mg/mL，換算成相應(yīng)的吸附量Q mg/g，及計算吸附率E%。試驗結(jié)果見圖3。

圖3 吸附質(zhì)濃度對吸附的影響

可以看出,吸附劑的吸附量與溶液中二價錳離子濃度有關(guān)，隨著二價錳離子濃度的增大，吸附劑的吸附量增大，但吸附率減小。

2.5 溫度對吸附量的影響

分別準(zhǔn)確稱取50.0 mg的竹炭（0.22～0.18 mm）3份于碘量瓶中，在pH=4.4的NaAc-HAc緩沖體系中，使Mn2+的初始濃度c0=3.0 mg/mL，溶液總體積為100 mL，置于恒溫振蕩器上，分別在T=298 K、308 K、318 K條件下恒溫振蕩，直至平衡，測得吸附平衡時Mn2+的濃度ce mg/mL，換算成相應(yīng)的吸附量Q mg/g，及計算吸附率E%。結(jié)果見表2。

表8 溫度對吸附量的影響

結(jié)果表明：在298～318 K的溫度范圍內(nèi)，吸附量先增后減，說明在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)，升高溫度可促進(jìn)吸附；但當(dāng)溫度超過某值時，溫度升高反而減小吸附量，即抑制吸附[10]。

3 小結(jié)

竹炭對錳2+吸附的最佳酸度為pH=4.4；溫度在298K時，竹炭對錳2+的吸附平衡時間為6 h，且竹炭粒徑對吸附平衡時間基本不產(chǎn)生影響；錳2+的初始濃度越大，一定量竹炭的吸附量越大；一定濃度、體積的溶液中，竹炭的投放量越大，去除率越大。在298～318 K的溫度范圍內(nèi)，吸附量呈現(xiàn)先增后減的趨勢。

1 于少亭,陳金鏢.固定床吸附過程濃度分布方程在離子交換法去除酒中二價錳離子的應(yīng)用[J].天津化工,19 93(1):20-22.

2 荊立坤,王銀葉,王強(qiáng).納米分子篩和硅藻土吸附去除水中二價錳離子的研究[J].天津城市建設(shè)學(xué)院報,2008,14(3):207-209.

3 詹旭,羅澤嬌,馬騰.高嶺土吸附劑去除含錳廢水中二價錳離子的實驗研究[J].地質(zhì)科技情報,2005,24(1):95-98.

4 張啟偉,王桂仙竹炭對溶液中汞(Ⅱ)離子的吸附行為研究.林業(yè)科學(xué),2006，42(9):102-105.

5 王桂仙，張啟偉竹炭對溶液中Zn2+的吸附行為研究[J].生物質(zhì)化學(xué)工程,2006,40(3)：17-20.

6 張啟偉,王桂仙竹炭對溶液中鉛(Ⅱ)離子的吸附行為研究[J].麗水學(xué)院學(xué)報,2005，27(5):60-63.

7 Wang Guixian, Wang Muhua, Zhang Qiwei Adsorption property of aniline on bamboocharcoal[J]林業(yè)科學(xué),2008,44(3):135-139.

8 常文保,李克安.簡明分析化學(xué)手冊[M].北京:北京大學(xué)出版社,1981,10-132.

9 張啟偉,王桂仙.竹炭對飲用水中氟離子的吸附條件的研究[J].廣東微量元素科學(xué),2005,12(3):63-66.

10 王娟,廖水姣,朱端衛(wèi),等.不同氧化物硼負(fù)載體吸附二價錳離子的特性研究[J].土壤學(xué)報,2005,43(5):749-755.

Adsorption Behavior of Bamboo Charcoal for Divalent Manganese Ion

Wang Wei, Liu Shenyan, Zhang Qiwei
(Department of Chemistry, Lishui University, Lishui, 323000)

The adsorption of divalent manganese ion by bamboo charcoal from the solution was studied. The results revealed that the optimal acidity for bamboo charcoal to adsorb Mg2+was 4.4, when the temperature was 298 K, the adsorption equilibrium time of bamboo charcoal for divalent manganese ion was 6 h, and the particle size of bamboo charcoal basically had no impact on the adsorption equilibrium time, the higher the initial concentration of divalent management ion, the more the adsorption volume of the bamboo charcoal with certain amount in the solution with certain concentration and volume, the more the bamboo charcoal, the higher the adsorption rate, and within the temperature range from 298 K to 318 K, the adsorption volume rose fi rst and then declined.

bamboo charcoal, divalent manganese ion, adsorption, inf l uencing factor

浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新項目(2009R004)，麗水學(xué)院開放實驗室項目(2010005)

王偉，男，浙江湖州人，麗水學(xué)院化學(xué)本科在讀學(xué)生,主要研究方向為環(huán)境化學(xué)。

張啟偉，副教授，E-mail:lsxyzqw@126.com