香芋皮粉末对Pb2+的吸附性能研究

陈秋娟，王胜新，李金凤，全耀，罗健庭

（贺州学院　化学与生物工程学院，广西　贺州　542899）

香芋皮粉末对Pb2+的吸附性能研究

陈秋娟，王胜新，李金凤，全耀，罗健庭

（贺州学院化学与生物工程学院，广西贺州542899）

文章以香芋皮作为新型吸附剂，研究结果表明：当Pb2+初始浓度40.00mg/L，投加量为1.80g，pH=6.0，室温下吸附240min的条件下，香芋皮粉末对Pb2+的吸附率最大，达到98.03%。吸附热力学反应符合Langmuir吸附等温方程，吸附动力学反应符合准二级动力学方程。

香芋皮；铅离子；吸附

随着世界工业的快速发展，重金属污染已成为严重威胁人类健康的问题。其中，铅及铅化合物是我国重金属污染［1］的重点处理之一。吸附法适宜处理大体积低浓度重金属废水，自20世纪80年代以来受到广泛关注和研究［2］。目前，王清萍［3］等人利用稻米壳对铅离子和铜离子进行吸附研究，发现稻米壳是一种对重金属具有良好吸附性能的吸附剂；陈艺敏［4］等人在利用荔枝壳活性炭对铬（IV）的吸附研究中，表明了吸附的有效性能。

本文采用废弃物香芋皮粉末作为吸附剂，研究其对Pb2+的吸附性能，同时对Pb2+在香芋皮吸附剂的吸附动力学、等温吸附线方面进行了初步研究，以期为建立日常生活中铅废水的处理应用提供理论依据。

1　实验部分

1.1试剂与仪器

香芋皮购于贺州市阳光市场，清洗干净于烘箱中70℃烘干，24h后粉碎置于干燥处密封保存备用。

Pb（NO3）2，二甲酚橙，邻菲啰啉，丙酮等试剂均为分析纯。主要仪器有：722型可见分光光度计。

1.2实验方法

称取1.80g的香芋皮吸附剂，分别置于已编号的7个分别含有Pb2+溶液的烧杯中，然后分别加入一定量的的0.1g/L二甲酚橙溶液，室温下吸附一定的时间，过滤，采用二甲酚橙-分光光度法测定滤液中Pb2+的含量［5］，计算香芋皮对Pb2+的吸附率。

1.3分析方法

1.3.1吸附率的相关计算

计算Pb2+的吸附率如公式（1）所示，公式如下：

其中，Et为Pb2+的吸附率，%；Co为吸附前Pb2+的质量浓度，mg/L；Ct为吸附平衡时Pb2+的质量浓度，mg/L。

1.3.2等温吸附拟合

对于溶液中重金属离子的吸附机理，关于吸附速率随溶液浓度变化的规律 最常用的模型为Langmuir等温线模型式。Langmuir等温线等温式表示为

其中，Ce/（m/L）为平衡质量浓度，qe/（m/g）为平衡吸附量qm/（m/g）为吸附剂的饱和吸附量；kL/ （L/mg）为表征吸附表面强度的常数。

1.3.3吸附动力学拟合

吸附动力学主要是研究吸附快慢和吸附机理描述吸附剂对吸附质的吸附速率该速率决定了到达吸附平衡的时间是间歇试验选择最佳操作条件所必需的。一般情况下常用于探讨吸附过程的动力学模型为准一级动力学模型、准二级动力学模型，准一级动力学公式和准二级动力学公式分别如公式（3）和（4）所示。

其中：qt为t时刻的吸附量，mg/g；qe代表t时刻的平衡吸附量，mg/g；t为吸附时间，min；k1准一级动力学模型的吸附率常数，min-1；k2为准二级动力学模型的吸附速率常数，g/（mg·min）。

2　结果与讨论

2.1标准曲线的绘制

本实验按照文献［5］标准制定标准曲线的最佳条件以及测定方法来绘制铅标准曲线，如图1所示，得线性回归方程为：A=0.1045C+0.0042，其相关系数R2=0.9991。

2.2吸附条件对香芋皮吸附性能的影响

2.2.1吸附时间对Pb2+吸附率的影响

在室温条件下，加入香芋皮吸附剂1.8g，当铅溶液初始质量浓度为40.00mg/L、pH为6.0时，考察不同吸附时间对香芋皮吸附Pb2+吸附性能的影响，其结果如图2所示。由图2可知：在吸附时间0～240min这段时间之内，吸附剂对Pb2+的吸附效果增加明显较快，在吸附时间240min时，吸附剂对Pb2+的吸附率最大为98.23%；而当吸附时间大于240min时，吸附剂对Pb2+的吸附率变化趋于平缓。因此，选择吸附时间为240 min较适宜。

2.2.2吸附剂用量对Pb2+吸附率的影响

在室温条件下，当初始Pb2+的质量浓度为40.00mg/L、溶液pH=6.0、吸附时间为240min时，考察不同吸附剂用量对香芋皮吸附Pb2+吸附性能的影响，其结果如图3所示。由图3可知：当吸附剂的用量为0.4～1.4g时，吸附剂吸附率由95.82%上升至97.47%，原因是随着吸附剂的用量的增加，使吸附剂对Pb2+的吸附面积增大，同时增大了对Pb2+的吸附率；当吸附剂用量为1.8g时，吸附剂吸附率最大为97.76%；随着吸附剂持续添加，吸附剂对Pb2+吸附率在96.0%～97.0%，因为当香芋皮吸附剂的用量超过1.8g之后，溶液中Pb2+的质量浓度已经很小，即便再添加吸附剂，吸附剂对Pb2+的吸附率已趋于平缓。因此，选择香芋皮吸附剂的用量为1.8g较适宜。

图1　铅的标准曲线

图2　吸附时间对Pb2+吸附率的影响

图3　吸附剂用量对Pb2+吸附率的影响

2.2.3铅溶液初始浓度对Pb2+吸附率的影响

在室温条件下，当铅溶液pH=6.0、吸附剂用量为1.8g、吸附时间为240 min时，考察不同的铅溶液初始浓度对香芋皮吸附Pb2+吸附性能的影响，其结果如图4所示。由图4可知：铅溶液初始质量浓度对香芋皮吸附Pb2+的影响较大，当铅溶液初始量浓度从10mg/L提高到40.00mg/L时，香芋皮吸附剂的吸附率从87.3%增长到98.03%，表明当铅溶液初始质量浓度为10.00～40.00mg/L时，香芋皮的单位吸附量未达到饱和状态，随着铅溶液初始质量浓度的升高，香芋皮表面液膜和溶液的本体之间，存在着较大的质量浓度差，从而促使Pb2+向香芋皮表面移动，进而被吸附；在铅溶液初始质量浓度大于40.00mg/L时，香芋皮表面的活性基团已达到饱和状态［6］，香芋皮吸附剂对Pb2+的吸附量趋向平缓。故最佳的吸附饱和浓度为40.00mg/L。

2.2.4溶液pH值对Pb2+吸附率的影响

在室温条件下，当铅溶液初始质量浓度为40.00mg/L、吸附剂加入量1.8g、吸附时间为240min时，考察不同溶液pH值对香芋皮吸附Pb2+吸附性能的影响，其结果如图5所示。由图5可知：吸附剂对Pb2+的吸附率随着pH的增大而增大，当pH=6.0时，吸附率最大，而后吸附剂对对Pb2+的吸附率随着pH的增大而减小。原因是溶液中的H+与重金属离子之间存在竞争吸附的关系，随着pH值的逐渐增大，H+的浓度降低，这使得溶液中分散的羧酸形成相应的羧酸盐，从而阻碍羧酸与吸附剂表面活性电位的结合［7］，使得吸附剂对金属离子的吸附率显著增大，达到98.03%；当溶液pH≥6.5时，溶液的pH慢慢转为碱性，这期间也将会逐渐出现Pb（OH）2沉淀，随着沉淀含量的逐渐增大，会干扰实验的准确结果。因此，溶液的pH值选择6.0较为适宜。

2.3香芋皮吸附Pb2+的模型拟合

2.3.1Pb2+吸附等温线

吸附平衡决定被吸附组分在吸附剂上的极限吸附量，一般用吸附等温线来描述吸附平衡。本文采用采用2.2.3的数据进行Langmuir模型拟合。得到的拟合的方程为：ce/qe=0.246ce+0.045，相关系数R2=0.9975，拟合所得到的直线有良好的线性关系，说明香芋皮粉末吸附剂对Pb2+的吸附很好地符合Langmuir等温线模型的变化规律，Pb2+吸附在香芋皮粉末吸附剂的活性位点上属于单层吸附［8］。

2.3.2Pb2+吸附动力学方程拟合

采用2.2.1的数据，采用准一级动力学模型拟合出来的直线，其相关系数R2=0.2317，效果不佳；而根据准二级动力学模型拟合出来的直线方程为：t/qt=0.257t+0.2636，其相关系数R2=0.9974，拟合出来的直线具有良好的线性关系，表明采用准二级动力学模型较准以及动力学模型能更好的表现出香芋皮粉末吸附剂的吸附反应机理，同时，香芋皮对Pb2+的吸附速率是由化学吸附所控制［9］。

图4　铅溶液初始浓度对Pb2+的吸附影响

图5　溶液pH值对Pb2+吸附率的影响

3　结论

本文采用香芋皮粉末为吸附剂，考察其在铅溶液的pH、浓度、以及吸附剂用量、吸附时间等几个方面的因素对Pb2+的吸附率的影响。在室温条件下，当香芋皮吸附剂用量为1.8g、溶液浓度为40.00mg/L、pH值为6.0、吸附时间为240min时，香芋皮粉末对Pb2+的吸附效果最佳，其吸附率均达到98.03%。香芋皮吸附剂对Pb2+的吸附行为在吸附动力学上，是通过化学吸附对反应速率的控制，在Langmuir吸附等温线模型的变化，属于单分子层吸附。

用香芋皮粉末作为吸附铅离子的吸附剂，不仅原料来源丰富易得，且操作简单，降低处理成本，且达到“以废治废”的目的，为实际应用和废弃资源的开发利用提供理论参考。

［1］ 韩玲玲，曹惠昌，代淑娟，等.重金属污染现状及治理技术研究进展［J］.有色矿冶，2011（3）：94-97.

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［4］ 陈艺敏，施伟梅，陈建福.荔枝壳活性炭对Cr（Ⅵ）吸附性能的研究［J］.电镀与精饰，2014（4）：38-42.

［5］ 杜恒宇，张中旗，张永宁，等.二甲酚橙与铅（Ⅱ）配合物显色反应的研究及应用［J］.宝鸡文理学院学报（自然科学版），2009（1）：35-40.

［6］ 尤伟，李华兰.改性绿茶对Pb2+的吸附性能研究［J］.四川师范大学学报（自然科学版），2014（2）：239-242.

［7］ 张志军，刘炯天，冯莉，等.基于Langmuir理论的平衡吸附量预测模型［J］.东北大学学报（自然科学版），2011（5）：749-756.

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Study on Adsorption Properties of Peel Taro for Pb2+

CHEN Qiu-juan，WANG Sheng-xin，LI Jin-feng，QUAN Yao，LUO Jian-ting
（School of Chemical and Biological Engineering，Hezhou University，Hezhou Guangxi 542899）

It is based on abandoned Peel taro as a new adsorbent.The results showed that the adsorption properties could reach a maximum under size of 300 mesh，initial concentration of Pb2+of 40.00 mg/L，dosage of 1.80 g，pH of 6.0，time of 240 min in room temperature.The adsorption rate was maximum，which was 98.03%.The adsorption reaction was consistent with a pseudo-second order kinetic equation，and the adsorption isotherm could be described well with the Langmuir equation.

peel taro；Pb ion；adsorption

X703

A

1673—8861（2016）02—0136—04

［责任编辑］张琴芳

2016-05-17

陈秋娟（1983-），女，广西宾阳人，贺州学院讲师，硕士。主要研究方向：天然产物的开发与利用。

广西高校科学技术研究项目（KY2015LX477）、贺州学院校级科研课题（2014ZC28）、贺州学院大学生科研项目（2014DXSZC09）、广西自治区大学生创新创业训练计划项目（201511838090）。