基于建筑廢棄物的輕石制備及其對Pb2+的吸附機(jī)理

巴夢琳，蔡 昱，于江華

(南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京 210044)

近年來，隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市水污染問題得到廣泛關(guān)注。雨水徑流為代表的城市面源污染，因其污染范圍廣、污染物種類繁多而難以集中處理。雨水徑流和排水溢流帶來的重金屬污染問題引發(fā)了諸多學(xué)者對重金屬污染的研究。地表積塵及大氣懸浮顆粒物加劇降雨期間地表徑流的重金屬污染[1-3]。重金屬以離子的形式存于水體被人體攝入。重金屬離子因其高毒性、難降解、易遷移、易富集的特點(diǎn)受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注，其中，Pb2+是最具毒性的離子之一。高濃度Pb2+可致人死亡，低濃度Pb2+損害人體的神經(jīng)系統(tǒng)和腎臟等器官[4]。因此，降低水體中Pb2+含量、減少重金屬污染成為當(dāng)下關(guān)注的問題。

目前，重金屬廢水處理技術(shù)主要包括膜分離法、化學(xué)沉淀法、電解法、生物絮凝法和吸附法等[5-6]。吸附法具有吸附效率高、成本低、操作簡單方便、吸附劑可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，具有更廣闊的應(yīng)用前景[7]。常見的活性炭、沸石等吸附劑的成本高，又有二次污染的問題，被限制使用[8]。因此，尋求一種價(jià)廉易得、綠色環(huán)保的吸附劑成為當(dāng)下研究的方向。

我國在快速城市化進(jìn)程中產(chǎn)生大量的拆遷廢棄物，如水泥塊、廢棄玻璃等。拆遷廢棄物的特點(diǎn)是存量大、增速快[9]，它不僅占據(jù)大量的地方，而且長時(shí)間堆放還會(huì)污染環(huán)境。我國建筑廢棄物處理主要是傳統(tǒng)填埋、直接利用和循環(huán)利用[10]，傳統(tǒng)填埋消耗大量土地，直接利用不能實(shí)現(xiàn)完全利用，循環(huán)利用成為目前常用的處理方式，但建筑廢棄物的再利用率仍不超過5%[11]，現(xiàn)階段循環(huán)利用極具發(fā)展前景。目前，拆遷廢棄物常見的資源化利用方式有將其制成建筑骨料、砂漿、混凝土或用作屋頂綠化等[12-13]，但考慮利用建筑廢棄物制備吸附劑的研究還較少。

輕石是將廢玻璃添加發(fā)泡劑，高溫焙燒發(fā)泡后形成的一種多孔輕質(zhì)無機(jī)材料。輕石表面及內(nèi)部具有大量的氣泡和微孔，它具有比表面積大、吸附位點(diǎn)多、機(jī)械強(qiáng)度好、抗壓強(qiáng)度高、穩(wěn)定性良好等特點(diǎn)[14]，可作為吸附劑進(jìn)一步研究。輕石原料來源易得、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)獨(dú)特、性能優(yōu)異、應(yīng)用廣泛，完全符合節(jié)能環(huán)保的要求，是一種價(jià)廉易得的新型吸附材料。本文以建筑拆遷水泥塊及廢棄玻璃為原材料制備新型輕石吸附材料，將其應(yīng)用到地表徑流重金屬離子的吸附中，這種“變廢為寶”的資源再生化技術(shù)能有效地達(dá)到“以廢治廢”的目的，為城市面源污染治理及城市固廢資源化提供創(chuàng)新思路。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)儀器及試劑

QE-200 g型高速粉碎機(jī)(浙江屹立工貿(mào)有限公司)；KF-1200型箱式爐(南京博蘊(yùn)通儀器科技有限公司)；DHG-9 140 A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)；LSHZ-300型恒溫振蕩器(太倉市強(qiáng)樂實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)；SC-04型低速離心機(jī)(安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司)；SU1510型標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩(浙江上虞市華豐五金儀器有限公司)；SU8010型掃描電子顯微鏡-能譜儀(SEM-EDS)(日本日立公司)；iS5型紅外光譜儀(FTIR)(賽默飛世爾科技公司)；Autosorb-iQ-AG-MP BET型自動(dòng)氣體吸附分析儀(BET)(美國康塔儀器公司)；PB-10型pH計(jì)(賽多利斯科學(xué)儀器公司)；XRD-6100型X射線衍射儀(XRD)(日本島津公司)；UV-1800型紫外可見分光光度計(jì)(上海箐華科技儀器有限公司)；Optima 8000型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)(安捷倫科技有限公司)。

Pb單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(國家有色金屬及電子材料分析測試中心，GSB 04-1742-2004)；CaCO3(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，優(yōu)級(jí)純)；NaOH(上海麥克林生化科技有限公司，優(yōu)級(jí)純)；NaCl(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，優(yōu)級(jí)純)；HCl(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純)；CaCl2(西隴科學(xué)股份有限公司，分析純)；硼酸(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純)。

1.2 輕石的制備及表征

試驗(yàn)所用的廢棄玻璃、水泥塊均采集于建筑拆遷工地。采集后洗去廢棄玻璃和水泥塊表面的灰塵雜質(zhì)并烘干，用高速粉碎機(jī)粉碎，篩選粒徑為16～18目的材料作為制備的原料。將經(jīng)過粉碎篩選出的玻璃粉末與水泥塊粉末按不同比例混合，加入適量的硼酸與CaCO3，在馬弗爐中高溫煅燒。CaCO3為發(fā)泡劑，CaCO3高溫煅燒生成CaO和CO2，CO2為熔融狀態(tài)下的玻璃發(fā)泡，硼酸與玻璃粉末和水泥塊粉末發(fā)生反應(yīng)生成硼酸鹽，硼酸鹽結(jié)構(gòu)緊密，維持發(fā)泡通道穩(wěn)定[15]。改變硼酸、CaCO3、水泥塊粉末的投加量和燒制溫度，根據(jù)抗壓強(qiáng)度確定制備的最佳配比條件。經(jīng)試驗(yàn)可得，原料最佳投加比例為玻璃∶水泥塊∶硼酸∶CaCO3=10∶12∶3∶2.5，最佳燒制溫度為1 000 ℃，燒制方式為分段加熱。在最佳配比與制備條件下制得輕石，經(jīng)測定抗壓強(qiáng)度可達(dá)36.7 MPa，符合徑流廢水處理技術(shù)中吸附材料的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。制備成功的輕石采用SEM、BET、FTIR等儀器對其進(jìn)行表征。

1.3 吸附試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 吸附影響因素

為探究不同條件對輕石吸附性能的影響，分別研究在不同投加量、Pb重金屬溶液初始濃度、溫度、pH下輕石對Pb2+的吸附性能，具體試驗(yàn)條件如表1所示。

表1 試驗(yàn)條件下的吸附影響因素Tab.1 Influencing Factors of Adsorption under Experimental Conditions

(1)投加量

在5個(gè)洗凈的250 mL錐形瓶中分別加入0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g輕石，再分別加入50 mL的Pb重金屬溶液(0.5 mg/L)，在25 ℃、120 r/min的條件下恒溫振蕩10 h，置于低速離心機(jī)里離心分離，取上清液過0.22 μm水系濾頭，用ICP-OES測定溶液中剩余Pb2+濃度，每個(gè)樣品重復(fù)3次。

(2)重金屬溶液濃度

在11個(gè)洗凈的250 mL錐形瓶中分別加入0.6 g輕石，再分別加入50 mL的Pb重金屬溶液(0.2、0.4、0.8、1.0、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0 mg/L)，溫度、振蕩及測定條件同(1)。

(3)溫度

在6個(gè)洗凈的250 mL錐形瓶中分別加入0.6 g輕石，再分別加入50 mL的Pb重金屬溶液(0.5 mg/L)，控制溫度分別為15、25、35 ℃，振蕩及測定條件同(1)。

(4)pH

在5個(gè)洗凈的250 mL錐形瓶中分別加入0.6 g輕石，再分別加入50 mL的Pb重金屬溶液(0.5 mg/L)，利用1 mol/L的HCl和NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液，使pH值為3、4、5、6、7，溫度、振蕩及測定條件同(1)。

1.3.2 實(shí)際應(yīng)用分析

實(shí)際處理目標(biāo)為地表徑流中含重金屬離子的廢水，因此，設(shè)置1組試驗(yàn)，討論輕石處理地表徑流的實(shí)際應(yīng)用前景。在6個(gè)洗凈的250 mL錐形瓶中分別加入0.6 g輕石，再分別加入50 mL的Pb重金屬溶液(0.06、0.08、0.10、0.12、0.14、0.16 mg/L)，時(shí)間設(shè)置為5、10、15、30、45、60 min和2、4、8、12、16、20、24 h，溫度、振蕩及測定條件同(1)。

1.3.3 吸附動(dòng)力學(xué)

在13個(gè)100 mL塑料離心管中分別加入0.6 g輕石，再加入pH值為6.0的50 mL的Pb重金屬溶液(0.5 mg/L)，分別在不同的時(shí)間取出，時(shí)間設(shè)置為5、10、15、30、45、60 min和2、4、8、12、16、20、24 h，溫度、振蕩及測定條件同(1)。

1.3.4 等溫吸附

在11個(gè)100 mL塑料離心管中分別加入0.6 g輕石，再分別加入50 mL的Pb重金屬溶液(0.2、0.4、0.8、1.0、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0 mg/L)，溫度、振蕩及測定條件同(1)。

2 結(jié)果與討論

2.1 輕石的表征

圖1(a)為輕石的外觀圖，制得的輕石呈白色，表面粗糙，凹凸不平，表面存在許多細(xì)小的微孔。通過SEM觀測樣品的表面形貌得到的結(jié)果如圖1(b)所示。由圖1(b)可知，制得的輕石表面形成褶皺，表面空隙大，利于重金屬溶液中的重金屬離子向吸附劑顆粒內(nèi)部輸送，Pb2+與輕石表面有較多的活性位點(diǎn)接觸，提高了對Pb2+的吸附能力。由圖1(c)可知，輕石內(nèi)部含有豐富的元素，主體元素Si峰非常突出，含有Na、Mg、Al、K、Ca等礦質(zhì)元素。因此，考慮該材料的吸附特性主要是依靠Si元素形成硅酸鹽絡(luò)合物來進(jìn)行吸附[16]。劉志江等[17]研究硅藻土對Pb的吸附性能中，發(fā)現(xiàn)硅藻土顆粒中含有活性硅羥基，水溶液中硅羥基上的H+會(huì)解離，使硅藻土的表面帶有一定的負(fù)電荷，對帶正電荷的重金屬離子具有較好的吸附效果。由圖1(d)可知，輕石在3 480 cm-1處生成了特征峰Si-OH，且在1 375 cm-1處生成了新的B-O峰，表明硼酸參與了輕石的制備。使用BET測定材料的比表面積，結(jié)果如表2所示。由表2可知，輕石比表面積為2.92 m2/g，孔容為0.005 5 cm3/g，孔徑為7.5 nm。這表明制得的輕石與原材料相比，比表面積和孔容均有一定程度的提高，利于吸附性能的進(jìn)一步提高。

圖1 輕石的外觀(a)、SEM(b)、EDS(c)、FT-IR(d)Fig.1 Appearance (a), SEM (b), EDS (c), FT-IR (d) of Pumice

表2 輕石物理表征Tab.2 Physical Properties of Pumice

2.2 不同因素對輕石吸附性能的影響

2.2.1 投加量

如圖2所示，輕石對Pb2+的去除率隨投加量的增加而增加，而吸附量隨投加量的增加而逐步降低。綜合考慮吸附量、去除率和成本等因素，實(shí)際吸附劑的投加量采用0.6 g/L。當(dāng)投加量>0.6 g時(shí)，去除率變化很小，整體影響不大。

圖2 吸附劑投加量對吸附的影響Fig.2 Influence of Adsorbent Dosage on Adsorption

吸附劑投加量是影響吸附性能的重要因素之一。隨吸附劑投加量的增加，吸附劑上未被利用的空余活性位點(diǎn)的增加導(dǎo)致Pb2+與活性位點(diǎn)有更多的接觸機(jī)會(huì)而提高吸附效率，但吸附后期活性位點(diǎn)的聚集和重疊會(huì)導(dǎo)致具有吸附作用的表面積減少，造成吸附量下降。這可能與吸附劑的溶解性、吸附位點(diǎn)之間的靜電感應(yīng)和排斥作用有關(guān)[18]。張連科等[19]研究生物炭負(fù)載納米羥基磷灰復(fù)合材料(nHAP/BC)的制備及其對Pb2+的吸附特性中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)投加量>0.5 g/L時(shí)，nHAP/BC對水中Pb2+的單位吸附量隨吸附劑投加量的增加而降低，而吸附效率隨之增加。

2.2.2 重金屬溶液濃度

如圖3所示，吸附量隨著溶液濃度的增加而增加。重金屬溶液為0～4 mg/L時(shí)，吸附量隨溶液濃度增加而增長較快，二者基本呈線性關(guān)系，吸附量增至80 μg/g；重金屬溶液為4～5 mg/L時(shí)，吸附量不再上升趨于平緩，即達(dá)到吸附平衡。這是因?yàn)槲絼┚哂泄潭ǖ奈轿稽c(diǎn)，在低溶液濃度時(shí)，吸附位點(diǎn)過剩，溶液濃度繼續(xù)增加時(shí)，有限的吸附位點(diǎn)被繼續(xù)利用直至耗盡，吸附處于飽和狀態(tài)，達(dá)到吸附平衡[20]。

圖3 重金屬溶液濃度對吸附的影響Fig.3 Influence of Heavy Metal Solution Concentration on Adsorption

隨重金屬溶液濃度的提高，Pb2+濃度也逐漸升高，Pb2+與吸附劑的接觸機(jī)會(huì)增多，利于吸附劑活性位點(diǎn)和表面官能團(tuán)對Pb2+的吸附，但一定量的吸附劑提供的吸附位點(diǎn)也是有限的。溶液濃度持續(xù)增加，吸附位點(diǎn)全被利用而導(dǎo)致吸附量達(dá)到平衡，此時(shí)，吸附逐漸達(dá)到飽和[21]。

2.2.3 溫度

如圖4所示，隨溫度的升高，吸附量也隨之升高。根據(jù)吸附過程的吉布斯自由能變，說明該吸附反應(yīng)是吸熱反應(yīng)[22]，高溫有利于輕石對Pb2+的吸附，3條曲線上升趨勢大致相同，但35 ℃時(shí)吸附量最大。

圖4 溫度對吸附的影響Fig.4 Influence of Temperature on Adsorption

Yan等[23]在研究介孔TiO2/SiO2復(fù)合材料對Pb2+的吸附性能時(shí)，發(fā)現(xiàn)在pH值為6的Pb2+溶液中，加入20 mg的TiO2/SiO2復(fù)合材料，35 ℃時(shí)該復(fù)合材料對Pb2+的吸附效率最高，25 ℃時(shí)吸附效率最小，35 ℃和45 ℃時(shí)得到的去除率基本相同。丁社光[24]在硅藻土對Pb2+的靜態(tài)吸附試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)35 ℃是硅藻土對Pb2+的最佳吸附溫度。這是因?yàn)殡S溫度的升高，分子運(yùn)動(dòng)加劇，導(dǎo)致部分更深層的離子交換作用的發(fā)生，且溫度升高加強(qiáng)了Pb2+向輕石表面或?qū)娱g的滲透作用[25]。

2.2.4 pH

地表徑流水體pH一般為偏酸性，所以，選擇pH值為3～7進(jìn)行試驗(yàn)。pH與吸附量的關(guān)系如圖5所示，吸附量隨pH的增加而降低，增加pH對吸附效果會(huì)產(chǎn)生不利的影響。溶液的pH是影響吸附性能的條件之一，pH對重金屬陽離子在吸附劑表面的吸附有較大的影響。pH不僅會(huì)影響吸附材料的活性與吸附性能，還會(huì)影響重金屬離子在溶液中的形態(tài)[26]。Cui等[27]研究發(fā)現(xiàn)，溶液pH值<6時(shí)，Pb的主要形態(tài)是Pb2+，而溶液pH值>8時(shí)，Pb的主要形態(tài)是Pb(OH)2沉淀，Pb2+減少所以吸附量減小。

圖5 pH值對吸附的影響Fig.5 Influence of pH Value on Adsorption

張金利等[28]研究碳納米管-羥磷灰石(MWCNT-HAP)對Pb的吸附性能中，也發(fā)現(xiàn)pH值在3.5～5.5時(shí)，MWCNT-HAP對Pb的去除率較高，pH不僅能改變吸附劑外表面所帶的電荷量及電性，而且pH值<3時(shí)，吸附劑表面活性低；pH值>7時(shí)，吸附量隨pH的升高減幅較為明顯。這表明堿性條件下不利于吸附反應(yīng)進(jìn)行[29]。且pH值<7時(shí)，輕石表面為負(fù)電性，以R-O-(R-O-代表電離狀態(tài)下輕石表面的羥基官能團(tuán))形式存在(R-OH→R-O-+H+)，與溶液中的重金屬離子M2+結(jié)合從而保持較高的吸附效果[30]。

2.3 實(shí)際應(yīng)用分析

地表徑流中的重金屬污染主要是沉積物上的重金屬隨雨水沖刷進(jìn)入徑流，或沉積物表面吸附重金屬在雨水的溶蝕作用下溶解釋放進(jìn)入徑流而形成[31]。地表徑流中一般都含有重金屬離子，其中Pb2+約為0.1 mg/L[32]。但徑流廢水中重金屬污染受到多種因素的影響，因此，實(shí)際重金屬含量一般偏高，按照比實(shí)際重金屬離子高的濃度梯度設(shè)置試驗(yàn)，探究低濃度下輕石對徑流廢水中Pb2+的吸附性能。

如圖6所示，在低濃度Pb2+重金屬溶液中，隨反應(yīng)時(shí)間的增加，輕石對不同濃度的Pb2+的去除規(guī)律較為相似，且去除率均較高，可達(dá)到90%以上，試驗(yàn)結(jié)果與喬明晨[33]的研究一致。剛開始吸附速率較快，之后逐漸達(dá)到平衡。輕石對徑流廢水中的Pb2+有較高的去除率，能有效降低徑流廢水中重金屬含量，證明了將輕石應(yīng)用于處理徑流廢水在理論上具有可行性，對實(shí)際處理徑流廢水也具有一定的應(yīng)用前景。

圖6 低濃度下輕石對Pb2+的吸附Fig.6 Adsorption of Pb2+ by Pumice under Low Concentration

2.4 吸附機(jī)理分析

2.4.1 吸附動(dòng)力學(xué)

吸附反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特性主要表現(xiàn)在吸附時(shí)間和吸附量的關(guān)系上，因此，對吸附過程分別進(jìn)行準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模擬，計(jì)算如式(1)～式(2)。

ln(qe-qt)=lnqe-k1t

(1)

(2)

其中：t——吸附時(shí)間，min；

qe——吸附平衡時(shí)刻吸附量，μg/g；

qt——t時(shí)刻吸附量，μg/g；

k1——準(zhǔn)一級(jí)吸附速率常數(shù)，μg/(g·min)；

k2——準(zhǔn)二級(jí)吸附速率常數(shù)，μg/(g·min)。

如圖7所示，吸附量隨t的增加而增加，在0～360 min，吸附量增速很快，從0 μg/g增至30.33 μg/g，二者基本呈線性關(guān)系；在360～600 min，吸附量也在增加，但吸附速度明顯變慢，吸附量從30.33 μg/g增至34.33 μg/g；在600 min后，吸附量不再大幅波動(dòng)而趨于平緩，最終達(dá)到34.87 μg/g，表明吸附基本趨于平衡。

圖7 輕石吸附Pb2+時(shí)間曲線Fig.7 Time Curve of Pb2+ Adsorption by Pumice

吸附初始階段吸附速率較快是因?yàn)樵谖椒磻?yīng)初期，吸附材料表面存在大量的吸附位點(diǎn)，此階段的吸附屬于表面吸附[34]，所以，吸附能夠順利進(jìn)行且吸附速率較快。吸附位點(diǎn)逐漸達(dá)到飽和，吸附速率取決于重金屬離子從吸附劑外部進(jìn)入到內(nèi)部的速度。且初始階段Pb2+的濃度較高，傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力大，吸附速率也較大。隨吸附反應(yīng)的進(jìn)行，吸附劑表面的吸附位點(diǎn)減少，Pb2+開始由吸附劑表面向吸附劑內(nèi)部遷移擴(kuò)散，吸附速率變慢。

通過準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型對不同吸附時(shí)間下輕石吸附Pb2+的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)果如表3所示。準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型能更好地描述輕石對Pb2+的吸附過程，該模型模擬的吸附過程為化學(xué)吸附，表明輕石與Pb2+通過共用電子對進(jìn)行電荷交換，利用靜電引力等實(shí)現(xiàn)化學(xué)吸附，且該模型可描述化學(xué)吸附的所有過程，包括外部液膜擴(kuò)散、表面吸附和顆粒內(nèi)擴(kuò)散等[35]，能更全面地闡述輕石對重金屬離子的吸附機(jī)制。準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程系數(shù)R2也較高，但相比之下準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程不能進(jìn)行較好的擬合，主要原因是準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型有很大的受限性，它一般只適用于吸附初始過程的動(dòng)力學(xué)描述，因而，不如準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程能準(zhǔn)確地描述吸附行為的整個(gè)過程[36]。但實(shí)際重金屬廢水的處理過程中，反應(yīng)過程往往不止一種吸附作用，都是物理吸附和化學(xué)吸附同時(shí)存在且共同作用。

表3 動(dòng)力學(xué)模型擬合結(jié)果Tab.3 Fitting Results of Dynamic Model

2.4.2 等溫吸附試驗(yàn)

采用Langmuir和Freundlich等溫吸附模型分別對輕石吸附Pb2+的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，方程如式(3)～式(4)。等溫吸附模型如圖8所示，等溫吸附模型擬合結(jié)果如表4所示。

圖8 輕石吸附Pb2+的等溫線Fig.8 Isotherms of Pb2+ Adsorption on Pumice

(3)

(4)

其中：qe——平衡吸附量，μg/g；

qmax——最大吸附量，μg/g；

KL——Langmuir常數(shù)；

Ce——平衡質(zhì)量濃度，mg/L；

KF，n——Freundlich常數(shù)；

由表4可知，輕石吸附Pb2+的過程更符合Langmuir等溫吸附方程，輕石具有均勻的吸附表面，吸附過程屬于均勻的單分子層吸附模式，活性位點(diǎn)均勻地分布在輕石表面，理論最大吸附量為36 μg/g，與實(shí)際測得數(shù)據(jù)基本吻合。Langmuir吸附等溫線的理論基礎(chǔ)是：若吸附劑表面的吸附位點(diǎn)是一定的，則每個(gè)吸附位點(diǎn)僅吸附一個(gè)分子，且被吸附的物質(zhì)間不存在相互作用，吸附為單分子層吸附[37]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，Langmuir和Freundlich都可較好地描述輕石對Pb2+的吸附過程，吸附過程是單分子層和多分子層吸附同時(shí)存在，但以單分子層為主。進(jìn)一步驗(yàn)證輕石對Pb2+的吸附容量存在一定限值，因此，溶液初始濃度達(dá)到一定值時(shí)吸附容量將不會(huì)再發(fā)生變化[38]。

表4 等溫吸附模型擬合結(jié)果Tab.4 Fitting Results of Isothermal Adsorption Model

3 結(jié)論

1)以建筑廢棄物水泥塊、廢棄玻璃為原材料，并在玻璃∶水泥塊∶硼酸∶CaCO3=10∶12∶3∶2.5、溫度為1 000 ℃的條件下成功制得新型吸附材料——輕石，經(jīng)SEM、BET、FTIR等物理表征，證明該材料基本具備吸附劑的吸附性能。

2)研究了投加量、重金屬溶液初始濃度、溫度、pH對吸附性能的影響，確定在25 ℃下，輕石吸附Pb2+在600 min可達(dá)到平衡，最大吸附量可達(dá)34 μg/g，去除率可達(dá)90%。

3)證明了準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程能較好地?cái)M合輕石吸附Pb2+的動(dòng)力學(xué)過程，Langmuir等溫模型可描述輕石吸附Pb2+的熱力學(xué)過程。