改性花生殼對含磷廢水中磷的吸附

摘要：利用硝酸改性處理后的花生殼處理含磷廢水，考察磷的初始濃度、改性花生殼投加量、pH、反應時間對磷吸附率的影響，確定了改性花生殼對磷的最佳吸附條件。結果表明，當pH為6、磷溶液初始濃度為25 μg/mL、改性花生殼的用量為2.5 g、吸附時間為80 min的條件下，磷的吸附率可達84.1%。

關鍵詞：花生殼；改性；吸附；磷

中圖分類號：X52 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）09-2080-03

農林廢棄物來源廣、產量大，表面粗糙、內部多孔，大多由纖維素、半纖維素、木質素、蛋白質等物質組成，內有羥基、羧基等高活性的化學基團，有利于對其進行改性和化學修飾以提高選擇性和高效性[1-4]。這些特點均有利于對污染物的吸附，將其用于廢水處理，直接或改性后都可使用，且對污染物濃度的適用范圍寬，固液分離容易，既能凈化水質，又能變廢為寶，大大降低處理廢水的成本，具有廣闊的實際應用前景。近年來，采用農林廢棄物用于廢水處理的研究和成果越來越多，已引起人們的高度重視[5，6]。

花生殼是花生加工的下腳料，大部分當作燃料或廢渣棄去，造成自然資源的極大浪費[7，8]，直接影響了花生的綜合利用價值，本文以花生殼為原料，利用硝酸對其改性，考察各類因素對含磷廢水中磷吸附效果的影響，為花生殼在廢水處理方面的實際應用提供科學依據，達到既擴大花生殼資源的綜合利用，又能達到以廢制廢的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗原料、試劑和儀器

花生殼購于武漢東湖高新區(qū)農村，含磷廢水為實驗室自制，試驗試劑和儀器如表1、表2所示。

1.2 試驗方法

1.2.1 花生殼的預處理 花生殼粉碎后，選擇粒徑介于0.2～0.5 mm的顆粒，用去離子水浸泡24 h，去除懸浮細小物質，在80 ℃烘干后放入干燥器中備用。

1.2.2 HNO3改性花生殼的制備 稱取一定量的花生殼，置于大燒杯中，加入體積分數為10%的HNO3溶液，攪拌20 min后，置于水浴鍋中于80 ℃加熱1 h后，過濾除去溶劑，用去離子水洗至中性，在60 ℃下烘干備用。

1.2.3 單因素試驗

1）初始pH對吸附效果的影響。稱取2.5 g改性花生殼于燒杯中，加入50 mL 濃度為25 μg/mL的磷溶液，調節(jié)體系pH，攪拌80 min，靜置后過濾，測定濾液的吸光度，考察初始pH對吸附效果的影響。

2）改性花生殼加入量對吸附效果的影響。分別稱取不同質量的花生殼于燒杯中，加入50 mL 濃度為25 μg/mL的磷溶液，調節(jié)溶液的pH 6.0、攪拌80 min，靜置后過濾，測定濾液的吸光度，考察改性花生殼加入量對吸附效果的影響。

3）吸附時間對吸附效果的影響。稱取2.5 g改性花生殼于燒杯中，加入50 mL濃度為25 μg/mL的磷溶液，調節(jié)溶液的pH 6.0，攪拌，靜置后過濾，測定溶液的吸光度，考察時間對吸附效果的影響。

4）初始濃度對吸附效果的影響。稱取2.5 g改性花生殼于燒杯中，加入50 mL不同濃度的磷溶液，調節(jié)溶液的pH 6.0，攪拌80 min，靜置后過濾，測定溶液的吸光度，考察磷初始濃度對吸附效果的影響。

1.2.4 分析方法

1）測定方法。采用鉬藍分光光度法[9]測定磷含量。

2）計算方法。E=[（A0-Ae）/A0]×100%

式中，E為磷的吸附率（%），A0、Ae分別為吸附前溶液中的磷的濃度和吸附平衡后溶液中磷的濃度（μg/mL）。

2 結果與分析

2.1 磷標準曲線的繪制

在700 nm的波長下，繪制磷質量濃度-吸光度標準曲線如圖1所示。由圖1可知，磷溶液標準曲線方程為■=1.089 4x-0.007 8，r2=0.998 7，擬合較好，具有可靠性。

2.2 初始pH對吸附效果的影響

pH對磷的吸附效果的影響如圖2所示。由圖2可見，隨著溶液pH的升高，花生殼對磷的吸附率呈先增大再減小的趨勢，pH為6時對磷的吸附率最大。產生這種現(xiàn)象的原因與磷在水溶液中的形態(tài)分布有關。當pH較小時，磷酸根主要以H2PO4-、HPO42-形式存在，是花生殼吸附磷的主要形式[10，11]。并且當溶液呈酸性時，氫離子較多，花生殼含有的-NH2、-OH極易接受H+，進而形成帶有正電荷的-NH3+、-OH2+，從而形成利于吸附磷的吸附中心，導致磷吸附率增大。當pH>6時吸附能力開始下降，這是因為此時花生殼表面帶正電的吸附中心減少，另外隨著pH增大，磷在水溶液中以PO43-形態(tài)存在，使吸附率降低。故可選控制磷溶液的初始pH為6。

2.3 改性花生殼加入量對吸附效果的影響

試驗發(fā)現(xiàn)花生殼經硝酸改性后，外觀為暗黃色（圖3），內部有大量的孔隙，使其表面積增大，更有利于對磷的吸附。改性花生殼加入量對吸附效果的影響如圖4所示。由圖4可見，隨著硝酸改性花生殼用量的增多，磷的吸附率先增大后趨于平緩，當花生殼的用量在2.5 g時，吸附率達到最大。這是由于隨著花生殼用量的增多，花生殼表面積和可利用的活性吸附位點增加[12，13]，對磷的吸附量增大，再增大其用量對磷吸附率影響不大。故可選花生殼的用量為2.5 g。

2.4 吸附時間對吸附效果的影響

吸附時間對吸附效果的影響如圖5所示。由圖5可見，當吸附時間為80 min時，吸附率達到最大，再增大吸附時間吸附率變化不大，表明吸附基本達到平衡。這是因為隨著吸附時間的延長，磷濃度逐漸降低，并且磷主要通過花生殼的孔隙被吸附，而孔隙擴散速度較慢，故吸附速率隨時間增大逐漸趨于平衡。故可選吸附時間為80 min。

2.5 磷初始濃度對吸附效果的影響

磷初始濃度對吸附效果的影響如圖6所示。由圖6可知，隨著磷初始濃度的增大，磷的吸附率先升高后降低，在磷初始濃度為25 μg/mL的時候達到了最大。這是因為隨著磷濃度的增大，花生殼表面可供吸附磷的吸附點逐漸減少，從而導致吸附率下降。故可選磷初始濃度為25 μg/mL。

綜上所述，改性花生殼處理含磷廢水的最佳條件為pH 6，花生殼的用量為2.5 g，磷的初始濃度為25 μg/mL，吸附80 min，在該條件下進行驗證試驗，結果表面磷的吸附率可達到84.1%。

3 小結

硝酸改性花生殼處理含磷廢水的最佳吸附條件為pH 6，廢水溶液磷初始濃度為25 μg/mL，改性花生殼的用量為2.5 g，吸附時間為80 min，該條件下磷的吸附率可達84.1%。

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