濃硫酸脫水實驗中蔗糖炭化產(chǎn)物對Pb2+的吸附性能研究

吳曉莉，　 陽志高*

（寧鄉(xiāng)縣第一高級中學(xué)，湖南 長沙 410660）

濃硫酸脫水實驗中蔗糖炭化產(chǎn)物對Pb2+的吸附性能研究

吳曉莉， 陽志高*

（寧鄉(xiāng)縣第一高級中學(xué)，湖南 長沙 410660）

將《人教版必修1》濃硫酸脫水實驗中蔗糖炭化廢棄物經(jīng)洗滌、水煮、干燥等處理后制得蔗糖炭產(chǎn)物，將處理后的炭產(chǎn)物用于鉛離子的吸附實驗，探討了炭產(chǎn)物的用量、浸泡溫度、溶液pH值等單因素對吸附鉛離子的影響；并將炭產(chǎn)物的吸附效果與一些已經(jīng)商業(yè)化的吸附劑進(jìn)行對比，實驗取得良好的實驗結(jié)果，表明該廢棄炭產(chǎn)物可以有效除去溶液中的鉛離子。

炭產(chǎn)物；吸附；鉛離子

鉛是一種對人體危害極大的重金屬，能對人體造成極大的危害；更有學(xué)者指出，古羅馬城市供水管道及許多生活器皿都是鉛制的，大規(guī)模鉛中毒引發(fā)的血液類疾病可能是帝國衰敗的主要原因；隨著工業(yè)的發(fā)展，鉛在各行各業(yè)中都有較大的用途，使得我們在不知覺中攝入鉛，比如：含鉛汽油的燃燒，食用皮蛋都會讓鉛在我們身體聚集。對生活飲水中重金屬鉛的處理顯得尤為重要，可以采用化學(xué)沉淀法，也可以采用活性炭等具有高吸附性物質(zhì)除鉛；尹篤林教授在其國家自然科學(xué)基金《生物質(zhì)固體炭磺酸的制備》中[1-5]，對利用生物質(zhì)制備可官能化活性炭材料進(jìn)行了詳細(xì)的介紹；根據(jù)該基金項目結(jié)果所提供的理論依據(jù)，

在中學(xué)實驗的基礎(chǔ)上，通過學(xué)生創(chuàng)新實驗和校本教研將將中學(xué)化學(xué)《人教版必修1》濃硫酸脫水性質(zhì)實驗中所得廢棄物經(jīng)過處理，用于對水中Pb2+的吸附研究，得到比較好的實驗結(jié)果；實驗設(shè)計讓學(xué)生認(rèn)識化學(xué)與生活的關(guān)系，解決一些生產(chǎn)生活中的化學(xué)問題，感悟化學(xué)學(xué)科的魅力。

1　實驗

1.1濃硫酸脫水實驗

按《化學(xué)人教版必修1》圖4-31所示方法制備，將一定量蔗糖置于燒杯，加少量水溶解；加入98%濃硫酸，邊加邊攪拌；蔗糖變黑，體積膨脹，變成疏松多孔的海綿狀的炭，如圖1所示。

1.2蔗糖炭化產(chǎn)物的預(yù)處理

將蔗糖炭化產(chǎn)物用去蒸餾水充分洗滌，至洗滌液呈中性；轉(zhuǎn)移固體至圓底燒瓶中，加蒸餾水煮沸2 h，中間換水一次，以充分洗去吸附的硫酸及其它可溶性小分子炭化產(chǎn)物；過濾，80℃條件下干燥12 h，備用。

1.3配制50 mg/L Pb2+的標(biāo)準(zhǔn)溶液

準(zhǔn)確稱取0.080 0g 硝酸鉛于燒杯中， 加入適量蒸餾水?dāng)嚢枞芙?，轉(zhuǎn)至1 L容量瓶中加水定容，搖勻，得到50 mg/L Pb2+的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.4蔗糖炭化產(chǎn)物對Pb2+的吸附研究

依次準(zhǔn)確稱量蔗糖炭化產(chǎn)物于錐形瓶中，加入100 mL 50 mg/L Pb2+溶液，超聲波振蕩30 min，過濾，取濾液，采用原子吸收分光光度計（上海光譜儀器有限公司）測定濾液鉛離子濃度（原子吸收火焰法）；除鉛百分率等于鉛離子濃度的變化值處理起始濃度，用式（1）表示。

式中，C0為鉛離子原始濃度（50 mg/L Pb2+），Ct為吸附完成后鉛離子的濃度（mg/L）

2　結(jié)果與討論

2.1蔗糖炭化產(chǎn)物用量對除鉛率的影響

實驗考察炭化產(chǎn)物用量對除鉛率的影響，分別準(zhǔn)確稱量0.1、0.2、0.4、0.6g炭產(chǎn)物于4個相同的錐形瓶中常溫下進(jìn)行吸附性實驗；實驗結(jié)果列入表1；隨著蔗糖炭化產(chǎn)物用量的增加，對Pb2+的吸附變大，除鉛百分率增加，當(dāng)用量達(dá)到0.6g，可以除去溶液中95%以上的Pb2+。

表1　蔗糖炭化產(chǎn)物用量對除鉛百分率的影響

2.2pH值對除鉛率的影響

為確定炭產(chǎn)物對鉛離子吸附的最佳pH。實驗中使用氫氧化鈉溶液和鹽酸調(diào)節(jié)pH值，由于二價鉛的水解使其在pH值約為6時開始發(fā)生沉淀，故實驗考察pH值為2、3、4、5四種情況；不同pH值條件下炭產(chǎn)物對鉛離子的吸附效果如表2所示。pH值過低時，氫離子與鉛離子形成競爭關(guān)系，導(dǎo)致除鉛率大幅下降；pH值增大時，除鉛率呈上升趨勢，故炭產(chǎn)物對鉛離子吸附的最佳pH值在5左右。

表2　pH對除鉛率的影響

2.3浸泡溫度對除鉛率的影響

在炭產(chǎn)物用量為0.6g，pH為5的情況下考察溫度對除鉛率的影響；如表3所示，溫度升高，離子運(yùn)動加強(qiáng)，除鉛率升高；都是溫度太高會促進(jìn)鉛離子的水解，反而會造成除鉛率下降。

表3　溫度對除鉛率的影響

2.4一些商業(yè)化得吸附劑與蔗糖炭化產(chǎn)物吸附性比較

為了進(jìn)一步考察蔗糖炭化產(chǎn)物對吸附效果，我們還考察了對比了商品化的吸附劑活性炭，硅膠對Pb2+的吸附效果；在相同的用量0.4g，相同的吸附時間30 min做對比實驗，結(jié)果如表4所示；除鉛效果蔗糖炭產(chǎn)物好于硅膠，但比活性炭稍差，這可能是因為教材實驗中采用濃硫酸炭化過程不利于形成活性炭那樣豐富的孔徑結(jié)構(gòu)；而在相同質(zhì)量下，硅膠由于密度較大，所用樣品體積較少，與溶液中Pb2+的接觸面積低而除鉛效果不理想。

表4　蔗糖炭化產(chǎn)物除鉛率

3　結(jié)論

該實驗充分利用了中學(xué)演示實驗廢棄物，并結(jié)合了生活生產(chǎn)知識，取得比較滿意的實驗結(jié)果；同學(xué)們通過對實驗過程的理解和探究，理解了生活中處處是化學(xué)，化學(xué)服務(wù)于生活的含義；更重要的是通過發(fā)現(xiàn)問題并設(shè)計實驗解決問題，培養(yǎng)了學(xué)生的實驗創(chuàng)新能力和動手能力，感受到科學(xué)探究的神奇魅力。

[1] 尹篤林, 徐瓊, 毛麗秋, 等. 中國發(fā)明專利[P]. ZL2006 1 0032187.9.

[2] Xu Qiong, Yang Zhigao, Yin Dulin. Synthesis of chalcones catalyzed by a novel solid sulfonic acid from bamboo[J]. Catal Commun, 2008(9): 1579-1582.

[3] Xu Qiong, Yang Zhigao, Yin Dulin. One-pot three-component Mannich reaction catalyzed by sucrose char sulfonic acid[J]. Frontiers of Chemical Engineering in China, 2009(1): 1-5.

[4] 左傳鵬, 陽志高, 尹篤林, 等.椰殼炭磺酸催化劑制備及其對杯[4]芳烴合成反應(yīng)的催化應(yīng)用.應(yīng)用化學(xué)[J], 2010, 27(2): 237-239

[5] Xu Qiong, Yang Zhigao, Yin Dulin. One-pot three-component Mannich reaction catalyzed by sucrose char sulfonic acid[J]. Frontiers of Chemical Engineering in China, 2009(1): 1-5.

Experimental Charring Sucrose Concentrated Sulfuric Acid Dehydration Products on Pb2+Adsorption Research

WU xiao-li,YANG zhi-gao*
（Ningxiang No.1 High School, Changsha 410660, China）

The amount of concentrated sulfuric acid dehydration experiments waste is washed, boiled, drying after treatment was sucrose char product, the product is treated carbon for the adsorption of lead ion experiments, we discuss the charcoal product, soaking temperature, pH value and other single factor affecting the adsorption of lead ions; adsorption and carbon products have been commercialized with some comparing sorbent; experiments achievedgood results, indicating that the waste char product can effectively remove lead ions in solution.

Carbon product; adsorption; lead ions

G633.8

A

1009-220X(2016)02-0081-04 DOI: 10.16560/j.cnki.gzhx.20160219

2016-3-12

吳曉莉（2000～），女，大學(xué)預(yù)科，初級助理，主要從事有機(jī)催化的研究。

陽志高（1981～），男，碩士研究生；主要從事有機(jī)化學(xué)合成等研究。oyzg1790201@163.com