香芋皮粉末對Pb2+的吸附性能研究

陳秋娟，王勝新，李金鳳，全耀，羅健庭

（賀州學(xué)院　化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西　賀州　542899）

香芋皮粉末對Pb2+的吸附性能研究

陳秋娟，王勝新，李金鳳，全耀，羅健庭

（賀州學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西賀州542899）

文章以香芋皮作為新型吸附劑，研究結(jié)果表明：當(dāng)Pb2+初始濃度40.00mg/L，投加量為1.80g，pH=6.0，室溫下吸附240min的條件下，香芋皮粉末對Pb2+的吸附率最大，達到98.03%。吸附熱力學(xué)反應(yīng)符合Langmuir吸附等溫方程，吸附動力學(xué)反應(yīng)符合準二級動力學(xué)方程。

香芋皮；鉛離子；吸附

隨著世界工業(yè)的快速發(fā)展，重金屬污染已成為嚴重威脅人類健康的問題。其中，鉛及鉛化合物是我國重金屬污染［1］的重點處理之一。吸附法適宜處理大體積低濃度重金屬廢水，自20世紀80年代以來受到廣泛關(guān)注和研究［2］。目前，王清萍［3］等人利用稻米殼對鉛離子和銅離子進行吸附研究，發(fā)現(xiàn)稻米殼是一種對重金屬具有良好吸附性能的吸附劑；陳藝敏［4］等人在利用荔枝殼活性炭對鉻（IV）的吸附研究中，表明了吸附的有效性能。

本文采用廢棄物香芋皮粉末作為吸附劑，研究其對Pb2+的吸附性能，同時對Pb2+在香芋皮吸附劑的吸附動力學(xué)、等溫吸附線方面進行了初步研究，以期為建立日常生活中鉛廢水的處理應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1　實驗部分

1.1試劑與儀器

香芋皮購于賀州市陽光市場，清洗干凈于烘箱中70℃烘干，24h后粉碎置于干燥處密封保存?zhèn)溆谩?/p>

Pb（NO3）2，二甲酚橙，鄰菲啰啉，丙酮等試劑均為分析純。主要儀器有：722型可見分光光度計。

1.2實驗方法

稱取1.80g的香芋皮吸附劑，分別置于已編號的7個分別含有Pb2+溶液的燒杯中，然后分別加入一定量的的0.1g/L二甲酚橙溶液，室溫下吸附一定的時間，過濾，采用二甲酚橙-分光光度法測定濾液中Pb2+的含量［5］，計算香芋皮對Pb2+的吸附率。

1.3分析方法

1.3.1吸附率的相關(guān)計算

計算Pb2+的吸附率如公式（1）所示，公式如下：

其中，Et為Pb2+的吸附率，%；Co為吸附前Pb2+的質(zhì)量濃度，mg/L；Ct為吸附平衡時Pb2+的質(zhì)量濃度，mg/L。

1.3.2等溫吸附擬合

對于溶液中重金屬離子的吸附機理，關(guān)于吸附速率隨溶液濃度變化的規(guī)律 最常用的模型為Langmuir等溫線模型式。Langmuir等溫線等溫式表示為

其中，Ce/（m/L）為平衡質(zhì)量濃度，qe/（m/g）為平衡吸附量qm/（m/g）為吸附劑的飽和吸附量；kL/ （L/mg）為表征吸附表面強度的常數(shù)。

1.3.3吸附動力學(xué)擬合

吸附動力學(xué)主要是研究吸附快慢和吸附機理描述吸附劑對吸附質(zhì)的吸附速率該速率決定了到達吸附平衡的時間是間歇試驗選擇最佳操作條件所必需的。一般情況下常用于探討吸附過程的動力學(xué)模型為準一級動力學(xué)模型、準二級動力學(xué)模型，準一級動力學(xué)公式和準二級動力學(xué)公式分別如公式（3）和（4）所示。

其中：qt為t時刻的吸附量，mg/g；qe代表t時刻的平衡吸附量，mg/g；t為吸附時間，min；k1準一級動力學(xué)模型的吸附率常數(shù)，min-1；k2為準二級動力學(xué)模型的吸附速率常數(shù)，g/（mg·min）。

2　結(jié)果與討論

2.1標(biāo)準曲線的繪制

本實驗按照文獻［5］標(biāo)準制定標(biāo)準曲線的最佳條件以及測定方法來繪制鉛標(biāo)準曲線，如圖1所示，得線性回歸方程為：A=0.1045C+0.0042，其相關(guān)系數(shù)R2=0.9991。

2.2吸附條件對香芋皮吸附性能的影響

2.2.1吸附時間對Pb2+吸附率的影響

在室溫條件下，加入香芋皮吸附劑1.8g，當(dāng)鉛溶液初始質(zhì)量濃度為40.00mg/L、pH為6.0時，考察不同吸附時間對香芋皮吸附Pb2+吸附性能的影響，其結(jié)果如圖2所示。由圖2可知：在吸附時間0～240min這段時間之內(nèi)，吸附劑對Pb2+的吸附效果增加明顯較快，在吸附時間240min時，吸附劑對Pb2+的吸附率最大為98.23%；而當(dāng)吸附時間大于240min時，吸附劑對Pb2+的吸附率變化趨于平緩。因此，選擇吸附時間為240 min較適宜。

2.2.2吸附劑用量對Pb2+吸附率的影響

在室溫條件下，當(dāng)初始Pb2+的質(zhì)量濃度為40.00mg/L、溶液pH=6.0、吸附時間為240min時，考察不同吸附劑用量對香芋皮吸附Pb2+吸附性能的影響，其結(jié)果如圖3所示。由圖3可知：當(dāng)吸附劑的用量為0.4～1.4g時，吸附劑吸附率由95.82%上升至97.47%，原因是隨著吸附劑的用量的增加，使吸附劑對Pb2+的吸附面積增大，同時增大了對Pb2+的吸附率；當(dāng)吸附劑用量為1.8g時，吸附劑吸附率最大為97.76%；隨著吸附劑持續(xù)添加，吸附劑對Pb2+吸附率在96.0%～97.0%，因為當(dāng)香芋皮吸附劑的用量超過1.8g之后，溶液中Pb2+的質(zhì)量濃度已經(jīng)很小，即便再添加吸附劑，吸附劑對Pb2+的吸附率已趨于平緩。因此，選擇香芋皮吸附劑的用量為1.8g較適宜。

圖1　鉛的標(biāo)準曲線

圖2　吸附時間對Pb2+吸附率的影響

圖3　吸附劑用量對Pb2+吸附率的影響

2.2.3鉛溶液初始濃度對Pb2+吸附率的影響

在室溫條件下，當(dāng)鉛溶液pH=6.0、吸附劑用量為1.8g、吸附時間為240 min時，考察不同的鉛溶液初始濃度對香芋皮吸附Pb2+吸附性能的影響，其結(jié)果如圖4所示。由圖4可知：鉛溶液初始質(zhì)量濃度對香芋皮吸附Pb2+的影響較大，當(dāng)鉛溶液初始量濃度從10mg/L提高到40.00mg/L時，香芋皮吸附劑的吸附率從87.3%增長到98.03%，表明當(dāng)鉛溶液初始質(zhì)量濃度為10.00～40.00mg/L時，香芋皮的單位吸附量未達到飽和狀態(tài)，隨著鉛溶液初始質(zhì)量濃度的升高，香芋皮表面液膜和溶液的本體之間，存在著較大的質(zhì)量濃度差，從而促使Pb2+向香芋皮表面移動，進而被吸附；在鉛溶液初始質(zhì)量濃度大于40.00mg/L時，香芋皮表面的活性基團已達到飽和狀態(tài)［6］，香芋皮吸附劑對Pb2+的吸附量趨向平緩。故最佳的吸附飽和濃度為40.00mg/L。

2.2.4溶液pH值對Pb2+吸附率的影響

在室溫條件下，當(dāng)鉛溶液初始質(zhì)量濃度為40.00mg/L、吸附劑加入量1.8g、吸附時間為240min時，考察不同溶液pH值對香芋皮吸附Pb2+吸附性能的影響，其結(jié)果如圖5所示。由圖5可知：吸附劑對Pb2+的吸附率隨著pH的增大而增大，當(dāng)pH=6.0時，吸附率最大，而后吸附劑對對Pb2+的吸附率隨著pH的增大而減小。原因是溶液中的H+與重金屬離子之間存在競爭吸附的關(guān)系，隨著pH值的逐漸增大，H+的濃度降低，這使得溶液中分散的羧酸形成相應(yīng)的羧酸鹽，從而阻礙羧酸與吸附劑表面活性電位的結(jié)合［7］，使得吸附劑對金屬離子的吸附率顯著增大，達到98.03%；當(dāng)溶液pH≥6.5時，溶液的pH慢慢轉(zhuǎn)為堿性，這期間也將會逐漸出現(xiàn)Pb（OH）2沉淀，隨著沉淀含量的逐漸增大，會干擾實驗的準確結(jié)果。因此，溶液的pH值選擇6.0較為適宜。

2.3香芋皮吸附Pb2+的模型擬合

2.3.1Pb2+吸附等溫線

吸附平衡決定被吸附組分在吸附劑上的極限吸附量，一般用吸附等溫線來描述吸附平衡。本文采用采用2.2.3的數(shù)據(jù)進行Langmuir模型擬合。得到的擬合的方程為：ce/qe=0.246ce+0.045，相關(guān)系數(shù)R2=0.9975，擬合所得到的直線有良好的線性關(guān)系，說明香芋皮粉末吸附劑對Pb2+的吸附很好地符合Langmuir等溫線模型的變化規(guī)律，Pb2+吸附在香芋皮粉末吸附劑的活性位點上屬于單層吸附［8］。

2.3.2Pb2+吸附動力學(xué)方程擬合

采用2.2.1的數(shù)據(jù)，采用準一級動力學(xué)模型擬合出來的直線，其相關(guān)系數(shù)R2=0.2317，效果不佳；而根據(jù)準二級動力學(xué)模型擬合出來的直線方程為：t/qt=0.257t+0.2636，其相關(guān)系數(shù)R2=0.9974，擬合出來的直線具有良好的線性關(guān)系，表明采用準二級動力學(xué)模型較準以及動力學(xué)模型能更好的表現(xiàn)出香芋皮粉末吸附劑的吸附反應(yīng)機理，同時，香芋皮對Pb2+的吸附速率是由化學(xué)吸附所控制［9］。

圖4　鉛溶液初始濃度對Pb2+的吸附影響

圖5　溶液pH值對Pb2+吸附率的影響

3　結(jié)論

本文采用香芋皮粉末為吸附劑，考察其在鉛溶液的pH、濃度、以及吸附劑用量、吸附時間等幾個方面的因素對Pb2+的吸附率的影響。在室溫條件下，當(dāng)香芋皮吸附劑用量為1.8g、溶液濃度為40.00mg/L、pH值為6.0、吸附時間為240min時，香芋皮粉末對Pb2+的吸附效果最佳，其吸附率均達到98.03%。香芋皮吸附劑對Pb2+的吸附行為在吸附動力學(xué)上，是通過化學(xué)吸附對反應(yīng)速率的控制，在Langmuir吸附等溫線模型的變化，屬于單分子層吸附。

用香芋皮粉末作為吸附鉛離子的吸附劑，不僅原料來源豐富易得，且操作簡單，降低處理成本，且達到“以廢治廢”的目的，為實際應(yīng)用和廢棄資源的開發(fā)利用提供理論參考。

［1］ 韓玲玲，曹惠昌，代淑娟，等.重金屬污染現(xiàn)狀及治理技術(shù)研究進展［J］.有色礦冶，2011（3）：94-97.

［2］ 張帆，李菁，譚建華，等.吸附法處理重金屬廢水的研究進展［J］.化工進展，2013（11）：2749-2756.

［3］ 王清萍，蔡曉奕，金曉英，等.用稻米殼吸附去除廢水中的銅離子和鉛離子［J］.環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟，2009（9）：39-43.

［4］ 陳藝敏，施偉梅，陳建福.荔枝殼活性炭對Cr（Ⅵ）吸附性能的研究［J］.電鍍與精飾，2014（4）：38-42.

［5］ 杜恒宇，張中旗，張永寧，等.二甲酚橙與鉛（Ⅱ）配合物顯色反應(yīng)的研究及應(yīng)用［J］.寶雞文理學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2009（1）：35-40.

［6］ 尤偉，李華蘭.改性綠茶對Pb2+的吸附性能研究［J］.四川師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014（2）：239-242.

［7］ 張志軍，劉炯天，馮莉，等.基于Langmuir理論的平衡吸附量預(yù)測模型［J］.東北大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011（5）：749-756.

［8］ 梁佳莉，吳純德，葉健，等.水中苯酚和三氯乙烯在改性蒙脫土上單層和多層吸附及吸附模型的應(yīng)用［J］.環(huán)境化學(xué)，2010 （6）：1135-1138.

［9］ Ozacar M，Sengil I A.Adsorption of reactive dyes on calcined alunite fromaqueous solutions l［J］.J Hazard Mater，2003（98）：211-224.

Study on Adsorption Properties of Peel Taro for Pb2+

CHEN Qiu-juan，WANG Sheng-xin，LI Jin-feng，QUAN Yao，LUO Jian-ting
（School of Chemical and Biological Engineering，Hezhou University，Hezhou Guangxi 542899）

It is based on abandoned Peel taro as a new adsorbent.The results showed that the adsorption properties could reach a maximum under size of 300 mesh，initial concentration of Pb2+of 40.00 mg/L，dosage of 1.80 g，pH of 6.0，time of 240 min in room temperature.The adsorption rate was maximum，which was 98.03%.The adsorption reaction was consistent with a pseudo-second order kinetic equation，and the adsorption isotherm could be described well with the Langmuir equation.

peel taro；Pb ion；adsorption

X703

A

1673—8861（2016）02—0136—04

［責(zé)任編輯］張琴芳

2016-05-17

陳秋娟（1983-），女，廣西賓陽人，賀州學(xué)院講師，碩士。主要研究方向：天然產(chǎn)物的開發(fā)與利用。

廣西高?？茖W(xué)技術(shù)研究項目（KY2015LX477）、賀州學(xué)院校級科研課題（2014ZC28）、賀州學(xué)院大學(xué)生科研項目（2014DXSZC09）、廣西自治區(qū)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（201511838090）。