改性柚子皮对水中Pb2+的吸附研究

随着社会科技的发展, 工业化在为人们生活带来方便的同时, 工业生产过程中产生的重金属污染对人类的危害也日益严重。金属铅被广泛用作耐硫酸腐蚀设备、蓄电池等的原料, 其合金被用于铅字、轴承、电缆包皮等的生产, 重金属离子Pb2+也就通过多种途径进入了水体, 对生态环境和大众健康产生威胁。目前, 对于铅离子的处理法主要有化学沉淀法、离子交换法、电解法、膜分离法等, 这些方法大都技术复杂, 成本较高且效率较低。近年来, 新兴的生物质吸附法广受关注, 水葫芦、樟树叶、野苎麻等植物都被制备成吸附剂用于重金属离子的处理, 其吸附速度较快, 吸附效率较高。柚子皮是生物吸附剂中的一种, 它含有的纤维素、木质素、多糖等可以与重金属发生络合、螯合作用, 从而达到吸附重金属离子的效果。本文采用乙醇-Na OH改性过的柚子皮做吸附剂, 用于废水中铅离子的吸附实验, 考察各种因素对吸附过程的影响, 旨在为工业中含铅废水的处理提供理论参考。

1 材料与方法

(1) 仪器及试剂仪器:TAS-990 原子吸收分光光度计;TM3030 扫瞄电子显微镜;SHY-2A水浴恒温振荡器;MP512-01 精密p H计等。试剂: 硝酸铅、乙醇 (95%) 、氢氧化钠、盐酸等均为分析纯;柚子:购自农贸市场;模拟废水:采用硝酸铅配制的50mg/L标准溶液。

(2) 实验方法 ①柚子皮的预处理。将从农贸市场新买的柚子剥皮, 将柚子皮分别用自来水和蒸馏水洗涤3 次, 然后在50℃的干燥箱中烘干至恒重, 粉碎研磨, 过60 目筛。

②柚子皮的改性。取20g预处理过的柚子皮粉末加入250m L的烧杯中, 加入50m L95% 的乙醇、50m L 1mol/L的氢氧化钠溶液和100m L蒸馏水, 电动搅拌24h, 水洗至p H接近中性, 过滤后, 再次烘干、研碎、过筛即得到改性的柚子皮。

③铅离子吸附实验。取一定量的改性柚子皮粉末加入100m L的模拟废水中, 用0.1mol/L HCl和0.1mol/L Na OH调节溶液p H值, 然后在室温下置于100r/min的水浴恒温振荡器中, 经过一定时间, 离心分离并过滤, 用原子吸收分光光度计测定铅离子的平衡浓度。

④吸附过程优化实验。文中主要考察了溶液p H值、吸附剂用量、吸附时间以及Pb2+初始浓度对吸附效果的影响, 具体实验参数见表1。

2 结果与讨论

(1) 柚子皮的形貌分析采用日立台式电镜TM3030 考察了改性前后柚子皮粉末的形貌特征, 对比发现经过改性的柚子皮粉末较未改性的粉末表面更为粗糙蓬松, 孔道明显增多, 这表明改性有利于柚子皮对铅离子的吸附。

(2) 吸附影响因素 ①p H值的影响。在吸附剂用量2g、吸附时间10min以及Pb2+初始浓度50mg·L-1考察溶液p H值对吸附效果的影响, 实验发现, 当p H值小于6 时, 随p H增加吸附率增加明显, 这主要是由于较低的p H下H+质量浓度和活动性较高, 会和Pb2+形成竞争吸附。p H值6 大于后, 吸附率随p H增加略微下降, 这可能是由于柚子皮表面正电吸附中心数目减少的原因。

②吸附剂用量的影响。在p H值为6、吸附时间10min以及Pb2+初始浓度50 mg·L-1考察吸附剂用量对吸附效果的影响, 实验发现, 随着吸附剂用量的增加, 吸附效果显著提高, 这是因为增加吸附剂量增加了吸附表面积和吸附的官能团的数目。当吸附剂用量4g时, 吸附率最高为88.36%, 继续增加吸附剂, 吸附率增加并不明显, 因此, 最佳吸附剂用量为4g。

③吸附时间的影响。在p H值为6、吸附剂用量4g以及Pb2+初始浓度50 mg·L-1考察吸附时间对吸附效果的影响, 实验发现, 吸附时间小于40min, 吸附率呈上升趋势, 在40min时, 吸附率最高, 达92.33%。此后吸附率略微下降, 说明40min时该吸附过程已达到平衡。

④Pb2+初始浓度的影响。在上述最佳条件下考察Pb2+初始浓度对吸附效果的影响, 实验发现, Pb2+初始浓度为50mg·L-1时, 吸附效果最好, 继续增加浓度吸附率几乎不变, 这是因为吸附剂用量一定, 吸附基团一定, Pb2+达到一定浓度后, 吸附饱和。

3 结语

柚子皮是一种生物废料, 成本低廉, 经乙醇-Na OH改性后用于废水中Pb2+的处理, 在p H值为6、吸附剂用量为4g、吸附时间为10min、Pb2+初始浓度为50 mg·L-1时吸附率可达92.33%, 效果良好, 可以说是变废为宝。

摘要：本文以柚子皮为原料, 利用乙醇 (95%) -Na OH改性制成新型的生物质吸附剂, 通过扫描电镜对其形貌进行了考察, 然后将其用于废水中重金属离子Pb2+的吸附实验, 研究了溶液pH值、吸附剂用量、吸附时间以及Pb2+初始浓度对吸附效果的影响。结果表明, 改性后的柚子皮粉末粗糙、蓬松, 孔道较多, 吸附铅离子能力也大为增强, 吸附率达到92.33%, 是一种理想的Pb2+吸附剂。

关键词：柚子皮,铅离子,生物质吸附法

参考文献

[1] 肖珊美, 刁银军, 罗小会.柚子皮吸附剂对铅离子吸附性能的研究[J].金华职业技术学院学报, 2012, 12 (6) :76-79.

[2] 冯宁川, 郭学益, 吕大雷.橘子皮皂化交联改性及其对重金属离子的吸附[J].环境污染与防治, 2013, 35 (9) :19-23.