高友君，陳政

(賀州學院化學與生物工程學院，廣西賀州 542899)

隨著冶煉、采掘、電鍍和皮革等行業(yè)的發(fā)展，重金屬對生態(tài)環(huán)境的污染日漸被人們重視起來。處理重金屬廢水的方法也層出不窮，有吸附法［1-3］、離子交換法［4］、電解法［5-6］、反滲透法［7］、膜分離［8］及生物處理法［9］。其中，吸附法因其操作簡單、成本低、去除率高等優(yōu)點已成為目前研究的一個熱點。

無機粉體材料尤其是納米材料因具有較大的比表面積，逐漸成為人們關注的吸附劑種類之一。ZnO/Al2O3復合粉體多被應用于光催化、介電等領域［10-14］，但在吸附方面的研究報道較少［15］。本文采用共沉淀法制備 ZnO/Al2O3復合粉體，用于吸附Cu2+，探究了吸附的影響因素。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

ZnSO4·7H2O、Al2(SO4)3·18H2O、NaOH、Cu-SO4·5H2O、鹽酸、無水乙醇、乙二胺四乙酸、氯化銨、氨水、三氯甲烷、聚乙二醇均為分析純。

SX2-5-12馬弗爐;JB-3A型恒溫定時磁力攪拌器;pH計;SP-722型可見光光度計;DGF301-HG101-2A型電熱鼓風干燥箱。

1.2 實驗方法

1.2.1 氧化鋅/氧化鋁復合粉體的制備 參考文獻［14］的合成方法，根據(jù) ZnO∶Al2O3(質量比)=9∶1，4∶1，7∶3，3∶2，1∶1 制備5 種 ZnO/Al2O3復合粉體。按比例量取一定體積的ZnSO4和Al2(SO4)3溶液，并添加一定量的聚乙二醇6000，磁力攪拌并加熱至50℃，恒溫滴加NaOH溶液，調節(jié)混合液的pH=9，陳化1 h后離心分離，所得沉淀用蒸餾水和無水乙醇各洗滌3次，將沉淀置于烘箱干燥，研磨后放進馬弗爐，在400℃的條件下煅燒4 h，最后得到ZnO/Al2O3復合粉體。

1.2.2 Cu2+標準曲線的繪制 參考文獻［16］，取0.0，0.5，1.0，1.5，2.0，3.0 μg/mL Cu2+溶液各20 mL，然后各加入5 mL乙二胺四乙酸溶液，5 mL氯化銨-氨水緩沖溶液，5 mL二乙基二硫代氨基甲酸鈉溶液，搖勻，靜置5 min。準確加入10.00 mL三氯甲烷，振蕩1 min，靜置，顯色后于1 h內完成測定。

取萃取液于2 cm比色皿中，以試劑空白作為參比，通過分光光度計在440 nm波長處，測量吸光度，對應相應的Cu2+濃度，繪制標準曲線，見圖1。

圖1 Cu2+標準曲線Fig.1 Standard curve of Cu2+

1.2.3 吸附實驗 移取20 mL 1.0 μg/mL的 Cu-SO4溶液，加入一定量的ZnO/Al2O3復合粉體，磁力攪拌10 min，靜置30 min，離心后移取上清液。依次加入5 mL乙二胺四乙酸溶液、5 mL氯化銨-氨水緩沖溶液和5 mL二乙基二硫代氨基甲酸鈉溶液，搖勻;再加入10.00 mL三氯甲烷，顯色后測定吸光度，并通過標準曲線的測定換算出吸附后溶液中重金屬的濃度，由吸附率公式(1)算出吸附率D。

其中，C0為吸附前的Cu2+濃度，C為吸附后的Cu2+濃度。

2 結果與討論

2.1 不同樣品及投加量對吸附效果的影響

在25℃，pH=7的條件下，將按不同質量比制成的5 種樣品，分別稱取 10，20，30，40，50 mg 放入20 mL 1.0 μg/mL 的 CuSO4溶液中，吸附一定時間后測定其吸光度，結果見圖2。

圖2 吸附率與樣品和投加量的關系Fig.2 The effects of sample composites and dosages on adsorption rate

由圖2可知，按不同比例制備的ZnO/Al2O3復合粉體對Cu2+的吸附效果不同，樣品一、樣品二、樣品五在投加量＜30 mg時吸附率逐漸增大，至30 mg時達到最大吸附率;樣品三在40 mg之前吸附率逐漸增大，40 mg時達到飽和;樣品四的吸附率在20 mg時已達到飽和，之后隨著投加量的增加不再發(fā)生變化。從整體上看樣品二對Cu2+的吸附率最高可達88.74%，故選擇樣品二為最佳吸附樣品。

2.2 pH對吸附效果的影響

在25℃，使用樣品二，投加量為30 mg，調節(jié)溶液 pH 值分別為 4，5，6，7，8，吸附一定時間后測定其吸光度，結果見圖3。

圖3 吸附率與pH的關系Fig.3 The effects of pH values on adsorption rate

由圖3可知，不同pH值條件下ZnO/Al2O3復合粉體對Cu2+的吸附率先增大后減小。ZnO/Al2O3復合粉體屬于兩性氧化物，既溶于酸又溶于堿，所以溶液酸性或堿性過大都會對吸附效果造成一定的影響。當pH ＜6的時候，可能由于ZnO/Al2O3復合粉體的部分溶解導致對Cu2+的吸附率不高;當pH=6時，此時吸附效果最好，吸附率達到90.62%;而隨著pH的增大，可能由于溶液中的Cu2+與 OH－形成了顯色更明顯的［Cu(OH)4］2－，導致了吸附率的降低。所以選擇最佳pH為6。

2.3 振蕩時間對吸附效果的影響

在25℃，使用樣品二，投加量為30 mg，pH=6的條件下，選取不同的振蕩時間 2，5，10，15，20 min，后測定其吸光度，結果見圖4。

圖4 吸附率與振蕩時間的關系Fig.4 The effects of reaction time on adsorption rate

由圖4可知，ZnO/Al2O3復合粉體對Cu2+的吸附隨著振蕩時間的延長，吸附率逐漸增大，在15 min時吸附可達飽和，此時最大吸附率為 91.8%。15 min之后吸附率略有降低，這可能是由于部分Cu2+發(fā)生了解吸，所以對 Cu2+的吸附振蕩時間15 min為最佳條件。

2.4 溫度對吸附效果的影響

使用樣品二，投加量為30 mg，pH=6，把溶液于恒溫磁力攪拌器上分別加熱到20，30，40，50，60℃，振蕩時間為15 min后測定其吸光度，結果見圖5。

圖5 吸附率與溫度的關系Fig.5 The effects of reaction temperature on adsorption rate

由圖5可知，隨著溫度升高ZnO/Al2O3復合粉體對Cu2+的吸附率隨著溫度升高先增大后減小。在40℃時吸附率達到最高值92.5%，當溫度 ＞40℃時，吸附率又急劇下降。這可能是由于溫度過高時離子及分子的熱運動加劇，導致吸附平衡受到破壞，更多的Cu2+解吸出來，導致吸附率下降，所以吸附最佳溫度為40℃。

3 結論

(1)采用共沉淀法制備ZnO/Al2O3復合粉體，按ZnO∶Al2O3不同的質量比制成的樣品中以 ZnO∶Al2O3(質量比)為4∶1的樣品二的吸附效果最好。

(2)ZnO/Al2O3復合粉體對Cu2+有較好的吸附效果，最佳吸附條件是在樣品二投加量為30 mg，pH=6，振蕩時間為15 min，溫度為40℃，吸附率達到92.5%。

［1］Nethaji S，Sivasamy A.Removal of hexavalent chromium from aqueous solution using activated carbon prepared from walnut shell biomass through alkali impregnation processes［J］.Clean Technologies and Environmental Policy，2014，16(2):361-368.

［2］鄭文釗，胡巧開，陳芳，等.改性香蕉皮對Pb2+的吸附研究［J］.離子交換與吸附，2013，29(5):440-448.

［3］劉凱，劉敬勇，謝永彬，等.改性甘蔗渣制備活性炭對水中Cr(VI)的吸附研究［J］.電鍍與精飾，2013，35(3):41-46.

［4］羅斌，董宏宇，梁偉新，等.離子交換回收電鍍廢水中六價鉻的研究［J］.廣州化工，2010(3):96-99.

［5］蘇彤，陸鋼，李朝林.微電解處理含鎳模擬電鍍廢水［J］.電鍍與涂飾，2011，30(6):38-41.

［6］周杰，陳禾逸，魏俊，等.鐵碳微電解處理含鉻廢水的試驗研究［J］.電鍍與涂飾，2013，32(6):43-45.

［7］吳昊，張盼月，蔣劍虹，等.反滲透技術在重金屬廢水處理與回用中的應用［J］.工業(yè)水處理，2012，27(6):6-9.

［8］張連凱，張尊舉，張一婷，等.膜分離技術處理印制電路板重金屬廢水應用研究［J］.水處理技術，2011，37(7):127-129，136.

［9］羅麗卉，謝翼飛，劉慶華，等.生物硫鐵生成菌的選育及其在重金屬廢水處理中的應用［J］.應用與環(huán)境生物學報，2012，18(1):115-121.

［10］陳淑剛，許林峰，王書媚，等.鋁摻雜超細氧化鋅粉體的制備與性能研究［J］.人工晶體學報，2013，42(2):322-327.

［11］曲華.納米氧化鋅/γ-氧化鋁復合物制備及其光催化性能研究［J］.無機鹽工業(yè)，2011，43(12):32-35.

［12］朱協(xié)彬，汪海濤，尹大鵬，等.ZAO粉體制備及其電導率性能研究［J］.功能材料，2011，42(4):668-670，674.

［13］鄒科.ZnO納米材料的鋁、稀土元素摻雜及其光學和電學性能研究［D］.濟南:山東大學，2011.

［14］李征.液相法制備摻鋁氧化鋅導電材料［D］.石家莊:河北師范大學，2006.

［15］高友君，陳政.氧化鋅/氧化鋁復合粉體的制備及其Cr(III)的吸附［J］.應用化工，2015，44(3):460-462.

［16］戴永盛，裴如俊，戴惠.銅試劑分光光度法測定銅在電鍍中的應用(I)——電鍍廢水中銅的測定［J］.電鍍與精飾，2008，30(1):39-40，43.