毛竹遗态Fe2O3/Fe3O4/C复合材料对水中锑(III)的吸附研究*

朱宗强　莫超　韦文慧　朱义年　黄献宁　黄彬

(1.桂林理工大学环境科学与工程学院　广西桂林 541004；　2.广西博世科环保科技股份有限公司　南宁 530007)



水污染治理

毛竹遗态Fe2O3/Fe3O4/C复合材料对水中锑(III)的吸附研究*

朱宗强1莫超1韦文慧2朱义年1黄献宁1黄彬1

(1.桂林理工大学环境科学与工程学院广西桂林 541004；2.广西博世科环保科技股份有限公司南宁 530007)

摘要以毛竹遗态Fe2O3/Fe3O4/C复合材料为吸附剂，锑(III)初始含量、溶液初始pH值、吸附剂投加量以及吸附剂粒径为影响因素开展吸附影响研究。结果表明，随着锑(III)初始浓度的升高，毛竹遗态Fe2O3/Fe3O4/C复合材料对锑(III)的吸附量逐渐增加；初始溶液pH为7时，对锑(III)的吸附效果最好，吸附量为4.782 1 mg/g；块状吸附剂对水中锑(III)的去除率和吸附量与粉末状吸附剂吸附效果相当。

关键词毛竹遗态Fe2O3/Fe3O4/C复合材料吸附锑(III)

0引言

锑(Sb)是一种典型的有毒重金属元素[1]，被美国环保局列为优先控制污染物，同时也被欧盟巴塞尔公约列入危险废物[2-3]。在环境中，锑主要以三价和五价的形式存在，锑(III)毒性强于锑(V)[4-5]。目前，国内外处理含锑废水的方法主要有吸附法、离子交换法、氧化还原法和混凝沉淀法等，其中吸附法为研究者近期所青睐的技术之一[6-8]。本文以毛竹模板制备获得的毛竹遗态Fe2O3/Fe3O4/C复合材料(PBGC-Fe/C)吸附净化水体的锑(III)，厘清其吸附过程的影响行为。

1材料与方法

1.1材料

以毛竹为植物模板进行Fe改性获取的专利吸附材料(专利号：ZL201210446693.8)。

1.2试剂与仪器

试剂：酒石酸锑钾、碘化钾、硫脲、硫酸、硝酸均分析纯；试验用水为超纯水。

含锑(III)模拟废水：分析纯酒石酸锑钾溶于超纯水获得。

仪器：可见分光光度计(VIS-7220N，北京北分瑞利分析仪器有限责任公司)，pH计(Starter3C，奥豪斯仪器有限公司)，水浴恒温振荡器(SHZ-B，上海博讯实业有限公司)，电热鼓风干燥箱(GZX-9240MBE，上海博讯实业有限公司)，电子天平(AR224CN，上海奥豪斯仪器有限公司)。

1.3吸附试验

称取一定量PBGC-Fe/C于离心管中，分别在不同锑(III)初始含量、pH值、吸附剂以及吸附剂粒径混合进行水浴恒温震荡条件控制实验，取出试样用中速滤纸过滤，用碘化钾分光光度法测定滤液中残余锑(III)的浓度。

2结果与讨论

2.1锑(III)初始含量对吸附的影响

分别移取50mL质量浓度为5、10、20、30、40、50、75、100、125、150 mg/L的锑(III)溶液(pH=8)至100 mL的塑料离心管中，加入0.5g粒径小于100目的PBGC-Fe/C作为吸附剂，分别在温度25、35、45 ℃条件下恒温水浴振荡(振荡速率为150 r/min)24 h，取出试样用中速滤纸过滤，测定滤液中残余的锑(III)的浓度见图1。

图1　初始浓度对PBGC-Fe/C吸附锑(III)的影响

由图1可见，温度在25 ℃至45 ℃之间时，随着锑(III)初始浓度的升高，PBGC-Fe/C对锑(III)的吸附量增大，而去除率降低。从图中还可以看出温度变化对PBGC-Fe/C吸附锑(III)影响不大，当温度为25 ℃、锑(III)质量浓度为150 mg/L时达到最大吸附量10.77 mg/g。

2.2溶液初始pH对吸附的影响

分别移取50 mL初始浓度为5、10、50 mg/L的锑(III)模拟废水(pH=1、2、3、4、5、6、7、8、9、10)至100 mL的塑料离心管中，加入0.5 g粒径小于100目的PBGC-Fe/C进行静态吸附试验，获得pH对吸附的影响关系(见图2)。

pH值在1～10范围内，PBGC-Fe/C对锑(III)的吸附量和去除率变化不大。吸附效果最好是pH为7时，此时3种浓度下锑(III)的吸附量分别为0.471 6、0.971 6、4.782 1 mg/g，相对应的去除率分别为94.31%、97.16%、95.68%。锑(III)溶液的初始pH呈碱性时PBGC-Fe/C吸附锑(III)能力比在酸性环境中略高，图2可以看出pH偏酸或偏碱对吸附影响不大。

2.3PBGC-Fe/C投加量对吸附的影响

分别移取50 mL的初始质量浓度为5、10、50 mg/L 的锑(III)模拟废水(pH=7)至100 mL的塑料离心管中，每个浓度水平分别加入0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9和1.0 g的PBGC-Fe/C，在25 ℃、150 r/min条件下水浴恒温振荡至吸附平衡(见图3)。

图3　PBGC-Fe/C投加量对吸附锑(III)的影响

随着PBGC-Fe/C用量的增加，3种浓度下的锑(III)吸附量均呈下降趋势，5 mg/L和10 mg/L锑(III)的去除率则保持在较高水平，均在90%以上，50 mg/L锑(III)的去除率则逐渐增大。5、10和50 mg/L 锑(III)吸附量分别从2.118 5、4.417 8和13.352 0 mg/g下降到0.248 1、0.492 7和2.481 0 mg/g；去除率分别从84.82%、88.89%、53.41%升高到99.23%、98.54%、99.24%。

2.4PBGC-Fe/C粒径对吸附的影响

分别移取50 mL初始质量浓度为5、10和50 mg/L的锑(III)溶液(pH=7)，加入0.5 g粒径依次为≤100目、80～100目、60～80目、40～60目、20～40目、未经研磨块状的PBGC-Fe/C以及<100目的毛竹竹炭粉末和Fe2O3粉末，进行静态吸附试验，获得PBGC-Fe/C粒径对吸附影响关系(见图4)。

锑(III)溶液去除率和吸附量随着PBGC-Fe/C粒径的减小而升高，去除率分别由97.23%、87.92%、36.93%升高到99.23%、99.62%、93.77%，吸附量则

由0.486 1、0.878 7、1.846 3 mg/g上升到0.485 3、0.995 4、4.783 1 mg/g。PBGC-Fe/C、毛竹竹炭、Fe2O3粉末对锑(III)都具有良好的吸附能力，吸附能力从高到低依次为PBGC-Fe/C>Fe2O3粉末>毛竹竹炭。

图4　PBGC-Fe/C粒径对吸附锑(III)的影响

3结论

(1)PBGC-Fe/C具有良好的锑(III)吸附能力，5、10、50 mg/L锑(III)溶液的去除率均达94%以上，吸附量分别为0.471 6、0.971 6和4.782 1 mg/g，且吸附快速。

(2)随着锑(III)初始浓度的升高，PBGC-Fe/C对锑(III)的吸附量逐渐增加，对50 mg/L 锑(III)溶液使用100 mg(每50 mL)的吸附剂，吸附量为13.352 mg/g；PBGC-Fe/C在较宽的pH范围内(pH=3～10)表现出良好的锑(III)吸附能力，最适宜的pH为7。

(3)PBGC-Fe/C兼具Fe2O3粉末和毛竹竹炭吸附锑(III)的优点，较后两者显著提高了对锑(III)的吸附能力，且吸附剂颗粒越小，对锑(III)的吸附越好。

参考文献

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[4]张亚平,张婷,陈锦芳, 等. 水、土环境中锑污染与控制研究进展[J].生态环境学报,2011,19(Z2):1373-1378.

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[6]陈臻, 吕文英,姚琨. 超声协助活性炭去除水中锑的研究[J].安徽农业科学,2014,53(12):3647-3649.

[7]张家兴,王超,杨波, 等. 电混凝去除水中锑污染物[J].环境工程学报,2014,34(10):4244-4248.

[8]Ozdemir N, Soylak M, Elci L, et al. Speciation analysis of inorganic Sb (III) and Sb (V) ions by using mini column filled with Amberlite XAD-8 resin[J]. Analytica Chimica Acta, 2004,505(1):37-41.

*基金项目：国家自然科学基金(NSFC41263009)，广西自然科学基金(2014GXNSFBA118054)，“八桂学者”建设工程专项经费资助，广西科学研究与技术开发计划项目(桂科攻14124004-3-3)。

作者简介黄献宁，女，硕士，研究方向：环保材料制备及其应用。

(收稿日期：2015-05-20)

Absorption of Sb(III) from Aqueous Solution by the Porous Biomorph-genetic Composition of Fe2O3/Fe3O4/C Prepared with Bamboo Template

ZHU Zongqiang1MO Chao1WEI Wenhui2ZHU Yinian1HUANG Xianning1HUANG Bin1

(1.DepartmentofEnvironmentalSciencesandEngineering,GuilinUniversityofTechnologyGuilin,Guangxi541004)

AbstractThe effects of initial Sb(III) content, pH, adsorbent dosage and particle size on adsorption efficiency are studied by using porous biomorph-genetic composite of Fe2O3/Fe3O4/C as adsorbents. The results show that, with the increase of the initial Sb(III) content, the adsorption capacity of Sb(III) by Fe2O3/Fe3O4/C(PBGC-Fe/C) composite increases. The best absorption capacities can be reached when the initial pH at 7 and the absorption is 4.782 1 mg/g. The block absorbent for the removal rate and the absorption amount of Sb (III) is the same as the powdered.

Key WordsFe2O3/Fe3O4/C composite with bambooadsorptionSb(III)