銅離子在生物質(zhì)杏殼炭表面的吸附特性研究

李 惠，陶先兵，吳光前，江姝瑤，趙金君

（1.江蘇道科環(huán)境科技有限公司，江蘇南京210015；2.南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境科學(xué)系，江蘇南京210037）

銅離子在生物質(zhì)杏殼炭表面的吸附特性研究

李 惠1，陶先兵1，吳光前2，江姝瑤1，趙金君1

（1.江蘇道科環(huán)境科技有限公司，江蘇南京210015；2.南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境科學(xué)系，江蘇南京210037）

探討了5℃、25℃和35℃三種不同溫度下生物質(zhì)杏殼炭投加量、溶液pH、吸附時(shí)間、銅離子初始質(zhì)量濃度等因素對生物質(zhì)杏殼炭吸附銅離子效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在35℃下，生物質(zhì)杏殼炭投加量為300mg，溶液pH為6.0，吸附時(shí)間為360min，銅離子初始濃度25mg/L時(shí)，生物質(zhì)杏殼炭對銅離子的去除率為93.70%；生物質(zhì)杏殼炭對銅離子的吸附可以很好地符合Langmuir和Freundlich等溫吸附模型，通過Langmuir模型的線性擬合，計(jì)算得出最大吸附量為4.31mg/g。

生物質(zhì)杏殼炭；銅離子；吸附特性

目前國內(nèi)外對銅等重金屬離子造成的污染，多采用的方法包括物理化學(xué)法及生物處理法兩大類。在眾多的方法中吸附法是一種成熟的、簡單易行的水處理方法，特別適合于水量大污染物濃度低的廢水，所以得到廣泛的運(yùn)用。

生物質(zhì)杏殼炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、較大的比表面積、一定的持水性和表面豐富的官能團(tuán)，使它在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。目前它的應(yīng)用研究主要集中在農(nóng)業(yè)和環(huán)境領(lǐng)域［1］。它不僅可以改良土壤、增加肥力，吸附土壤或污水中的重金屬及有機(jī)污染物，而且對碳氮具有較好的固定作用［2］。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑及儀器

（1）試劑：硫酸、氫氧化鈉、磷酸二氫鈉、五水硫酸銅、生物質(zhì)杏殼炭（經(jīng)粉碎機(jī)粉碎以及不同目數(shù)分子篩篩選后備用）。

（2）儀器：TAS-990原子吸收分光光度計(jì)、HZP-250型全溫震蕩培養(yǎng)箱、PHS-3C微機(jī)型pH計(jì)、DHG-905385-Ⅲ電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、FA1004N型電子天平 （Max100g，d= 0.0001g）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

取一定量的生物質(zhì)杏殼炭置于66mL的透明密封塑料藥瓶中，加入一定質(zhì)量濃度的配制好的銅離子溶液，直至加滿為止。在35℃，轉(zhuǎn)速80rmp的條件下，放入全溫?fù)u床柜中振蕩一定時(shí)間后靜置，取上清液過濾測定吸光度，計(jì)算溶液中銅離子的去除率和生物質(zhì)杏殼炭的吸附量。

1.3 分析方法

銅離子質(zhì)量濃度用原子吸收分光光度計(jì)測定；pH用pH計(jì)測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 生物質(zhì)杏殼炭投加量對銅離子去除率的影響

當(dāng)銅離子初始質(zhì)量濃度為25mg/L，溶液pH為6.0、吸附時(shí)間為8h時(shí)，生物質(zhì)杏殼炭投加量對銅離子去除率的影響見圖1。由圖1可見，隨著生物質(zhì)杏殼炭投加量的增加，銅離子去除率增大；當(dāng)生物質(zhì)杏殼炭投加量為300mg時(shí)，銅離子去除率達(dá)最大值65.46%。

2.2 溶液pH對銅離子去除率的影響

當(dāng)銅離子初始質(zhì)量濃度為25mg/L，生物質(zhì)杏殼炭投加量300mg、吸附時(shí)間為8h時(shí)，溶液pH對銅離子去除率的影響：隨著溶液pH的增加，銅離子去除率增大；當(dāng)溶液pH為6.0時(shí)，銅離子去除率達(dá)最大值93.70%。

2.3 銅離子初始質(zhì)量濃度對銅離子去除率的影響

圖1 35℃下生物質(zhì)杏殼炭對銅離子的投加量-去除效率關(guān)系圖

當(dāng)生物質(zhì)杏殼炭投加量300mg、吸附時(shí)間為8h時(shí)，溶液pH為6.0時(shí)，銅離子初始質(zhì)量濃度對銅離子去除率的影響：隨著銅離子初始質(zhì)量濃度的增加，銅離子去除率減??；這是由于一定量的生物質(zhì)杏殼炭表面所能吸附銅離子的量是有限的，在低濃度區(qū)，生物質(zhì)杏殼炭的吸附能力未達(dá)飽和，所以銅離子去除率較高；而在高濃度區(qū)，由于生物質(zhì)杏殼炭的吸附能力開始趨于飽和，隨著銅離子初始質(zhì)量濃度的增加，生物質(zhì)杏殼炭對銅離子的去除率急劇下降［3］。

2.4 吸附時(shí)間對銅離子去除率的影響

當(dāng)銅離子初始質(zhì)量濃度為25mg/L，生物質(zhì)杏殼炭投加量300mg，溶液pH為6.0時(shí)，吸附時(shí)間對銅離子去除率的影響：在吸附時(shí)間5～360min時(shí)，隨著吸附時(shí)間的增加，銅離子去除率增大；當(dāng)吸附時(shí)間為360min時(shí)，銅離子的去除率達(dá)到最大值60.48%。

2.5 等溫吸附模型

Langmuir和Freundlich方程是等溫吸附中最常見的兩種吸附模型。采用Langmuir等溫方程和Freundlich等溫方程對圖1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，等溫吸附擬合結(jié)果見圖2～3。

圖2 35℃銅離子的Langmuir吸附等溫線

由圖2～3可見，生物質(zhì)杏殼炭對銅離子的吸附較好地符合Langmuir和Freundlich等溫吸附方程，相關(guān)系數(shù)分別為0.9278和0.8631，說明生物質(zhì)杏殼炭對銅離子的吸附更符合Langmuir等溫吸附模型。通過Langmuir模型的線性擬合，計(jì)算得出最大吸附量為4.31mg/g。

圖3 35℃銅離子的Freundich吸附等溫線

3 結(jié)論

（1）以生物質(zhì)杏殼炭為吸附劑吸附銅離子，在35℃下，當(dāng)銅離子初始質(zhì)量濃度為 25mg/L，生物質(zhì)杏殼炭投加量為300mg，溶液pH為6.0，吸附時(shí)間為360min時(shí)，銅離子的去除率達(dá)到93.70%。

（2）等溫吸附研究結(jié)果表明：生物質(zhì)杏殼炭對銅離子的吸附可以較好地符合Langmuir和Freundlich等溫吸附模型，說明生物質(zhì)杏殼炭對銅離子的吸附是單分子層吸附；通過Langmuir模型的線性擬合，計(jì)算得出最大吸附量為4.31mg/g。

［1］袁金華，俆仁扣.稻殼制備的生物質(zhì)炭對紅壤和黃棕壤酸度的改良效果［J］.生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2010（5）：472～476.

［2］王桂仙，張啟偉.竹炭對溶液中Zn（Ⅱ）的吸附行為研究［J］.生物質(zhì)化學(xué)工程，2006（3）：17～20.

［3］陳國青，高 琦，周靖平.超細(xì)竹炭對水中Pb2+的吸附效果［J］.解放軍預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志，2006（6）：405～407.

X505

A

2095-2066（2016）29-0006-02

2016-10-3

李 惠（1993-），女，江蘇南通人，本科，從事水環(huán)境保護(hù)技術(shù)研發(fā)工作。