木质素类吸附剂去除重金属离子实验研究

利用有机溶剂制浆法中产生的有机溶剂木质素为主体原料，用于重金属离子的富集和废水处理，达到材料与生态环境的和谐。本研究从木质素的吸附性能及各种实验条件对其吸附性能的影响进行研究。有机溶剂木质素吸附剂对金属离子的静态吸附实验表明：木质素吸附剂对Cu2+、Pb2+和Cd2+具有很好的吸附效果，在实验条件下，对上述金属离子的静态吸附量分别达到了27.42 mg·g-1、99.5 mg·g-1、32.7 mg·g-1。并且具有很好的解吸再生能力用浓度为0.1mol·L-1的HCl溶液对吸附后的有机溶剂木质素处理仅10min后，木质素对Cu2+和Pb2+的解析率分别为33.19%和71.8%，解吸后的木质素对1mmol·L-1的Cu2+和Pb2+的吸附率高达82.06%和93.63%。研究结果不仅为有机溶剂木质素吸附重金属研究提供基础数据，并对重金属废水处理提供有益的借鉴。

1 引言

吸附法处理重金属废水具有适应范围广、处理效果好、可回收有用金属以及吸附剂可重复使用等优点。研究内容主要包括有机溶剂木质素的静态吸附解吸实验，计算吸附率、吸附量、解析率和再生吸附量；有机溶剂木质素的等温吸附实验，计算出吸附平衡浓度和吸附剂的平衡吸附量，然后用Langmuir和Freundlich吸附等温式来解释木素吸附剂的吸附情况，计算饱和吸附量；有机溶剂木质素的吸附条件优化，包括pH、吸附时间和吸附质的初始浓度对木质素吸附剂吸附效果的影响。有机溶剂木质素吸附剂的吸附效果与吸附质溶液的pH值、吸附时间、吸附质的初始浓度相关，增加溶液pH值、延长吸附时间、增加吸附质浓度有利吸附。有机溶剂木质素吸附剂，木质素原料来源充足，制备简单，费用低廉，且对重金属的吸附效果好，为木质素类吸附剂去除重金属离子提供了一种新的材料。

2有机溶剂木质素吸附剂的性能测试

本研究分别对pH、吸附时间、金属离子初始浓度三种影响有机溶剂木质素吸附效果的因素进行选择优化。

2.1试验材料、仪器与分析手段

（1）实验材料与试剂

本实验所用造纸黑液取自第一步蒸煮草浆之后，未经洗涤、筛选、漂白工序，主要成分为水、DMF和苯胺。

2.2有机溶剂木质素吸附剂吸附性能测试

由于重金属能在土壤中累积，并且无法被微生物降解，不论用什么方法处理都不能把重金属分解破坏，而只能转移其存在位置并改变其物理、化学形态，因此重金属是一种永久性的污染物。目前常用的重金属废水处理方法有沉淀法、离子交换法和吸附法等。其中吸附法处理重金属废水具有适应范围广、处理效果好、可回收有用金属、吸附剂价格便宜以及吸附剂可重复使用等优点。

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本部分采用有机溶剂木质素对Pb2+、Cu2+、Cd2+三种金属离子进行吸附处理，综合探讨各种因素对吸附效果的影响，然后测定了有机溶剂木质素的静态吸附效果和等温吸附。

（1）吸附条件的选择

2.4静态解吸再生实验

解吸再生指在吸附剂结构不发生或者稍微发生变化的情况下将被吸附的物质从吸附剂上去除，恢复其吸附性能，以便重复使用。因此，解吸再生效率是吸附剂的重要性能之一。本文以Cu2+和Pb2+为吸附质，进行静态法解吸再生实验。

解析条件：解吸温度20℃；木质素浓度2.0g·L-1；解吸pH值为6；解吸时间为10min。再生吸附条件：吸附温度20℃；吸附剂浓度2.0g·L-1；吸附pH值为6；吸附时间为2.5h。由表2-2结果可以看出，用浓度为0.1mol·L-1的HCl溶液对吸附后的有机溶剂木质素处理仅10min后，木质素对Cu2+和Pb2+的解析率分别为33.19%和71.8%，说明有机溶剂木质素可以有很好的解吸效果。解吸后的木质素对1mmol·L-1的Cu2+和Pb2+的吸附率高达82.06%和93.63%，说明有机溶剂木质素有非常好的再生能力。

2.5等温吸附实验

应用于描述液-固体系吸附的等温式中，常见的有Langmuir吸附等温式、Freundlich吸附等温式和B.E.T.吸附等温式等。其中，Langmuir吸附温式和Freundlich吸附等温式适用于单组分吸附体系，而B.E.T.吸附等温式用于多组分吸附体系。因此，本研究采用Langmuir和Freundlich吸附等温式来解释有机溶剂木素吸附剂的吸附情况。经对比，认为以Langmuir吸附等温式比Freundlich吸附等温式回归更适合于吸附曲线的数学表达，同时也表明了上述2种金属离子在木质素吸附剂上的吸附符合Langmuir吸附等温式和Freundlich吸附等温式。由图2-4可见，有机溶剂木质素吸附剂对重金属离子的吸附过程用Langmuir等温方程可以很好地描述，金属离子在吸附剂上的吸附呈单分子层形式。由图2-5可见，用Freundlich吸附模式也能很好地描述金属离子Cu2+在吸附剂上的吸附规律。

3 结论

本实验黑液来自于以秸秆为原料的制浆黑液，利用混凝沉淀法将有机溶剂木质素从体系中分离，制备出原生有机溶剂木质素吸附剂，用静态吸附法和等温吸附实验研究了有机溶剂木质素吸附剂的吸附性能，并对影响吸附效果的因素进行了选择优化，得出以下结论：

（1）对pH、吸附时间、吸附质初始浓度三种影响木质素吸附剂吸附效果的因素进行了选择优化。实验结果表明，pH值越大、吸附时间越长、吸附质初始浓度越高，有机溶剂木质素的吸附效果越好。

（2）有机溶剂木质素吸附剂对金属离子的静态吸附实验表明，木质素吸附剂对Cu2+、Pb2+和Cd2+具有很好的吸附效果，在实验条件下，对上述金属立足的静态吸附量分别达到了27.42 mg·g-1、99.5 mg·g-1、32.7 mg·g-1。并且具有很好的解吸再生能力，用浓度为0.1mol·L-1的HCl溶液对吸附后的有机溶剂木质素处理仅10min后，木质素对Cu2+和Pb2+的解析率分别为33.19%和71.8%，解吸后的木质素对1mmol·L-1的Cu2+和Pb2+的吸附率高达82.06%和93.63%。

（3）有机溶剂木质素吸附剂的静态等温吸附符合Langmuir和Freundlich吸附等温式。对Cu2+和Pb2+分别用Langmuir吸附等温式进行分析，相关系数达到了0.9997和0.9986，计算得出二者的饱和吸附量分别为123.46mg·g-1和1122.36mg·g-1，平衡参数RL值都小于0.5，说明木质素吸附剂对以上Cu2+和Pb2+具有很好的吸附效果。对Cu2+和Pb2+分别用Freundlich吸附等温式进行分析，相关系数为0.9756和0.7166。