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(duì)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(duì)Pb2+的吸附率最大，達(dá)到98.03%。吸附熱力學(xué)反應(yīng)符合Langmuir吸附等溫方程，吸附動(dòng)力學(xué)反應(yīng)符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)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(yán)重威脅人類(lèi)健康的問(wèn)題。其中，鉛及鉛化合物是我國(guó)重金屬污染［1］的重點(diǎn)處理之一。吸附法適宜處理大體積低濃度重金屬?gòu)U水，自20世紀(jì)80年代以來(lái)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(duì)鉛離子和銅離子進(jìn)行吸附研究，發(fā)現(xiàn)稻米殼是一種對(duì)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(duì)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(duì)Pb2+的吸附性能，同時(shí)對(duì)Pb2+在香芋皮吸附劑的吸附動(dòng)力學(xué)、等溫吸附線(xiàn)方面進(jìn)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(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑與儀器

香芋皮購(gòu)于賀州市陽(yáng)光市場(chǎng)，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(jiàn)分光光度計(jì)。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

稱(chēng)取1.80g的香芋皮吸附劑，分別置于已編號(hào)的7個(gè)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(shí)間，過(guò)濾，采用二甲酚橙-分光光度法測(cè)定濾液中Pb2+的含量［5］，計(jì)算香芋皮對(duì)Pb2+的吸附率。

1.3分析方法

1.3.1吸附率的相關(guān)計(jì)算

計(jì)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(shí)Pb2+的質(zhì)量濃度，mg/L。

1.3.2等溫吸附擬合

對(duì)于溶液中重金屬離子的吸附機(jī)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L(zhǎng)angmuir等溫線(xiàn)模型式。Langmuir等溫線(xiàn)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(qiáng)度的常數(shù)。

1.3.3吸附動(dòng)力學(xué)擬合

吸附動(dòng)力學(xué)主要是研究吸附快慢和吸附機(jī)理描述吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的吸附速率該速率決定了到達(dá)吸附平衡的時(shí)間是間歇試驗(yàn)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(guò)程的動(dòng)力學(xué)模型為準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)公式和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)公式分別如公式（3）和（4）所示。

其中：qt為t時(shí)刻的吸附量，mg/g；qe代表t時(shí)刻的平衡吸附量，mg/g；t為吸附時(shí)間，min；k1準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的吸附率常數(shù)，min-1；k2為準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)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(zhǔn)曲線(xiàn)的繪制

本實(shí)驗(yàn)按照文獻(xiàn)［5］標(biāo)準(zhǔn)制定標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的最佳條件以及測(cè)定方法來(lái)繪制鉛標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，如圖1所示，得線(xiàn)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(duì)香芋皮吸附性能的影響

2.2.1吸附時(shí)間對(duì)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(shí)，考察不同吸附時(shí)間對(duì)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(shí)間0～240min這段時(shí)間之內(nèi)，吸附劑對(duì)Pb2+的吸附效果增加明顯較快，在吸附時(shí)間240min時(shí)，吸附劑對(duì)Pb2+的吸附率最大為98.23%；而當(dāng)吸附時(shí)間大于240min時(shí)，吸附劑對(duì)Pb2+的吸附率變化趨于平緩。因此，選擇吸附時(shí)間為240 min較適宜。

2.2.2吸附劑用量對(duì)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(shí)間為240min時(shí)，考察不同吸附劑用量對(duì)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(shí)，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(duì)Pb2+的吸附面積增大，同時(shí)增大了對(duì)Pb2+的吸附率；當(dāng)吸附劑用量為1.8g時(shí)，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(duì)Pb2+吸附率在96.0%～97.0%，因?yàn)楫?dāng)香芋皮吸附劑的用量超過(guò)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(duì)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(zhǔn)曲線(xiàn)

圖2　吸附時(shí)間對(duì)Pb2+吸附率的影響

圖3　吸附劑用量對(duì)Pb2+吸附率的影響

2.2.3鉛溶液初始濃度對(duì)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(shí)間為240 min時(shí)，考察不同的鉛溶液初始濃度對(duì)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(duì)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(shí)，香芋皮吸附劑的吸附率從87.3%增長(zhǎng)到98.03%，表明當(dāng)鉛溶液初始質(zhì)量濃度為10.00～40.00mg/L時(shí)，香芋皮的單位吸附量未達(dá)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(dòng)，進(jìn)而被吸附；在鉛溶液初始質(zhì)量濃度大于40.00mg/L時(shí)，香芋皮表面的活性基團(tuán)已達(dá)到飽和狀態(tài)［6］，香芋皮吸附劑對(duì)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(duì)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(shí)間為240min時(shí)，考察不同溶液pH值對(duì)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(duì)Pb2+的吸附率隨著pH的增大而增大，當(dāng)pH=6.0時(shí)，吸附率最大，而后吸附劑對(duì)對(duì)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(jìng)爭(zhēng)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(duì)金屬離子的吸附率顯著增大，達(dá)到98.03%；當(dāng)溶液pH≥6.5時(shí)，溶液的pH慢慢轉(zhuǎn)為堿性，這期間也將會(huì)逐漸出現(xiàn)Pb（OH）2沉淀，隨著沉淀含量的逐漸增大，會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)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(xiàn)

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(xiàn)來(lái)描述吸附平衡。本文采用采用2.2.3的數(shù)據(jù)進(jìn)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(xiàn)有良好的線(xiàn)性關(guān)系，說(shuō)明香芋皮粉末吸附劑對(duì)Pb2+的吸附很好地符合Langmuir等溫線(xiàn)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(diǎn)上屬于單層吸附［8］。

2.3.2Pb2+吸附動(dòng)力學(xué)方程擬合

采用2.2.1的數(shù)據(jù)，采用準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合出來(lái)的直線(xiàn)，其相關(guān)系數(shù)R2=0.2317，效果不佳；而根據(jù)準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合出來(lái)的直線(xiàn)方程為：t/qt=0.257t+0.2636，其相關(guān)系數(shù)R2=0.9974，擬合出來(lái)的直線(xiàn)具有良好的線(xiàn)性關(guān)系，表明采用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型較準(zhǔn)以及動(dòng)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(jī)理，同時(shí)，香芋皮對(duì)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(duì)Pb2+的吸附影響

圖5　溶液pH值對(duì)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(shí)間等幾個(gè)方面的因素對(duì)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(shí)間為240min時(shí)，香芋皮粉末對(duì)Pb2+的吸附效果最佳，其吸附率均達(dá)到98.03%。香芋皮吸附劑對(duì)Pb2+的吸附行為在吸附動(dòng)力學(xué)上，是通過(guò)化學(xué)吸附對(duì)反應(yīng)速率的控制，在Langmuir吸附等溫線(xiàn)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(lái)源豐富易得，且操作簡(jiǎn)單，降低處理成本，且達(dá)到“以廢治廢”的目的，為實(shí)際應(yīng)用和廢棄資源的開(kāi)發(fā)利用提供理論參考。

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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(yáng)人，賀州學(xué)院講師，碩士。主要研究方向：天然產(chǎn)物的開(kāi)發(fā)與利用。

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