硅藻殼作為吸附劑對廢水中Pb2+的吸附作用研究

丁一芃

（浙江省義烏中學，浙江 金華 321000）

1 前言

重金屬污染是指重金屬或其化合物造成的環(huán)境污染及由環(huán)境污染導致的二次污染。大量的文獻和研究顯示，我國的主要河流和湖泊都不同程度的受到重金屬的污染，常見的污染物包括鉛、汞、鎘和鎳等，其中，Pb2+通過神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)、肝腎及心血管系統(tǒng)等危害人體健康，Pb2+污染已引起了廣泛的關(guān)注。

目前，治理水體重金屬污染的方法主要有生物法、物理法、化學法及物理化學法。其中，利用細菌等微生物去除重金屬的生物技術(shù)在不斷發(fā)展，物理法主要是借助于物理作用分離廢水中不溶性懸浮液體或者固體，化學法主要是利用化學反應沉淀或者化學吸附去除污水中的污染物，物理化學法主要包括離子交換法、吸附法、膜分離法及溶劑萃取法。吸附法具有吸附劑易獲得、成本低廉、處理效果好及操作工藝簡單等優(yōu)點，得到了廣泛的應用，常用的吸附劑有活性炭、竹炭、殼聚糖、秸稈、硅藻土和改性硅藻土等，但對Pb2+的飽和吸附容量相對較小。

硅藻殼是硅藻通過過化學焙燒法得到的殘留晶體，其表面有大量微小孔隙，孔隙率達90%以上，且比表面較大。因此，本實驗采用硅藻殼作為吸附劑，研究其對Pb2+的吸附效果及影響因素。

2 實驗部分

2.1 實驗材料及儀器

燒杯、試管、滴管、藥匙、電子天平、量筒、玻璃棒、pH試紙、溫度計、電感偶合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP）、離心機、酸堿滴定管。

2.2 實驗試劑

PbNO3，分析純級，天津市科密歐化學試劑有限公司。Pb2+、Cu2+、Cd2+、Ag+儲備液溶液（1000mg/L）是將其各自的硝酸鹽溶于去離子水中配得，其它濃度則由儲備液稀釋配得。金屬溶液的pH由NaOH（1N）溶液和HCl（1N）溶液調(diào)節(jié)。硅藻殼由離心獲得淡水硅藻濃縮液干燥后獲得。

2.3 實驗方法

①用電子天平分別稱取硅藻殼1g數(shù)份，作為吸附劑。

②分別配制數(shù)份濃度為 50、100、150、200mg/L 的1.0LPb2+水溶液，作為實驗廢水。

③用電感偶合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP）測試處理后廢水中Pb2+濃度。

3 結(jié)果與討論

3.1 吸附時間對Pb2+吸附量的影響

分別加 1g硅藻殼于濃度為 50、100、150、200mg/L的Pb2+水溶液中，水溶液均為1L，振蕩吸附，分別在60、120、360、720和1440min對廢水取樣，取少量上清液用電感偶合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP）測量Pb2+濃度。實驗結(jié)果如圖1所示。根據(jù)圖1可以看出，鉛離子吸附率隨吸附時間的增加而增加。在120min達到穩(wěn)定，因此，確定硅藻殼最佳吸附時間以120min為宜。

圖1 吸附時間對Pb2+吸附量的影響

3.2 溫度對Pb2+吸附量的影響

加1g硅藻殼于1L濃度為150mg/L的Pb2+水溶液中，圖2反應了反應溫度對硅藻殼吸附Pb2+的影響。從圖中可以看出，隨著溫度的增加，平衡吸附量稍有降低。當反應溫度為15℃時硅藻殼吸附Pb2+的平衡吸附量達到最大值，說明溫度較低的實驗條件更有利于硅藻殼對Pb2+的吸附。較高溫度下，金屬離子的分子運動加劇，硅藻殼表面吸附的Pb2+部分轉(zhuǎn)移到水溶液中，導致測定時溶液中Pb2+濃度偏高。實驗結(jié)果表明，反應溫度為25℃時硅藻殼吸附Pb2+的平衡吸附量為118.27 mg/g，與溫度為15℃時的平衡吸附量相近，因此選擇一般室溫25℃作為硅藻殼材料吸附Pb2+的反應溫度。

圖2 溫度Pb2+吸附量的影響

3.3 初始pH對Pb2+吸附量的影響

溶液初始pH值是硅藻殼吸附Pb2+的一個重要影響因素，溶液的pH值影響了硅藻殼表面電荷和金屬離子的存在狀態(tài)。加1g硅藻殼于1L濃度為150mg/L的Pb2+水溶液中，在不同的溶液初始pH條件下，硅藻殼對Pb2+的吸附結(jié)果見圖3，隨著吸附時間的增加，硅藻殼對Pb2+的吸附量先快速上升而后趨于穩(wěn)定。實驗結(jié)果顯示，當溶液初始pH值為2.08時，硅藻殼對Pb2+的吸附量均低于其他pH值下的吸附量，這是因為當溶液pH低于電荷零點時硅藻殼表面是帶正電的，因此不利于Pb2+的吸附。本研究中選擇溶液的原始pH約為4.8為吸附實驗的pH條件。

圖3 初始pH對Pb2+吸附量的影響

3.4 轉(zhuǎn)速對Pb2+吸附量的影響

加1g硅藻殼于1L濃度為150mg/L的Pb2+水溶液中，圖4反應了轉(zhuǎn)速對硅藻殼吸附Pb2+的影響。在60、100和140rpm三種轉(zhuǎn)速條件下，硅藻殼對Pb2+吸附量的整體趨勢為先快速上升，當轉(zhuǎn)速為100rpm時，平衡吸附量達到最大值118.27mg/g。即轉(zhuǎn)速100rpm為最優(yōu)反應轉(zhuǎn)速。

圖4 轉(zhuǎn)速對Pb2+吸附量的影響

3.5 硅藻殼對Pb2+的選擇吸附

為了研究在共存離子狀態(tài)下硅藻殼對Pb2+的平衡吸附量，文章進行了競爭吸附實驗。實驗中，每種金屬離子的濃度均為150mg/L，競爭吸附反應結(jié)果見圖5。硅藻殼對Pb2+的平衡吸附量遠遠大于對其它離子的平衡吸附量，說明硅藻殼對Pb2+具有一定的選擇吸附性。

圖5 硅藻殼對金屬離子的選擇性吸附

4 結(jié)語

文章主要研究了吸附時間、轉(zhuǎn)速、溫度、溶液初始pH及競爭離子等因素對Pb2+吸附效果的影響。實驗結(jié)果表明，吸附時間為120min時能達到平衡吸附，常溫條件下，轉(zhuǎn)速為100rpm時，吸附效果最好。此外，硅藻殼對Pb2+具有選擇性吸附的作用。