铜离子在生物质杏壳炭表面的吸附特性研究

李 惠，陶先兵，吴光前，江姝瑶，赵金君

（1.江苏道科环境科技有限公司，江苏南京210015；2.南京林业大学生物与环境科学系，江苏南京210037）

铜离子在生物质杏壳炭表面的吸附特性研究

李 惠1，陶先兵1，吴光前2，江姝瑶1，赵金君1

（1.江苏道科环境科技有限公司，江苏南京210015；2.南京林业大学生物与环境科学系，江苏南京210037）

探讨了5℃、25℃和35℃三种不同温度下生物质杏壳炭投加量、溶液pH、吸附时间、铜离子初始质量浓度等因素对生物质杏壳炭吸附铜离子效果的影响。实验结果表明：在35℃下，生物质杏壳炭投加量为300mg，溶液pH为6.0，吸附时间为360min，铜离子初始浓度25mg/L时，生物质杏壳炭对铜离子的去除率为93.70%；生物质杏壳炭对铜离子的吸附可以很好地符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型，通过Langmuir模型的线性拟合，计算得出最大吸附量为4.31mg/g。

生物质杏壳炭；铜离子；吸附特性

目前国内外对铜等重金属离子造成的污染，多采用的方法包括物理化学法及生物处理法两大类。在众多的方法中吸附法是一种成熟的、简单易行的水处理方法，特别适合于水量大污染物浓度低的废水，所以得到广泛的运用。

生物质杏壳炭具有丰富的孔隙结构、较大的比表面积、一定的持水性和表面丰富的官能团，使它在许多领域有着广泛的应用前景。目前它的应用研究主要集中在农业和环境领域［1］。它不仅可以改良土壤、增加肥力，吸附土壤或污水中的重金属及有机污染物，而且对碳氮具有较好的固定作用［2］。

1 实验部分

1.1 试剂及仪器

（1）试剂：硫酸、氢氧化钠、磷酸二氢钠、五水硫酸铜、生物质杏壳炭（经粉碎机粉碎以及不同目数分子筛筛选后备用）。

（2）仪器：TAS-990原子吸收分光光度计、HZP-250型全温震荡培养箱、PHS-3C微机型pH计、DHG-905385-Ⅲ电热恒温鼓风干燥箱、FA1004N型电子天平 （Max100g，d= 0.0001g）。

1.2 实验方法

取一定量的生物质杏壳炭置于66mL的透明密封塑料药瓶中，加入一定质量浓度的配制好的铜离子溶液，直至加满为止。在35℃，转速80rmp的条件下，放入全温摇床柜中振荡一定时间后静置，取上清液过滤测定吸光度，计算溶液中铜离子的去除率和生物质杏壳炭的吸附量。

1.3 分析方法

铜离子质量浓度用原子吸收分光光度计测定；pH用pH计测定。

2 结果与讨论

2.1 生物质杏壳炭投加量对铜离子去除率的影响

当铜离子初始质量浓度为25mg/L，溶液pH为6.0、吸附时间为8h时，生物质杏壳炭投加量对铜离子去除率的影响见图1。由图1可见，随着生物质杏壳炭投加量的增加，铜离子去除率增大；当生物质杏壳炭投加量为300mg时，铜离子去除率达最大值65.46%。

2.2 溶液pH对铜离子去除率的影响

当铜离子初始质量浓度为25mg/L，生物质杏壳炭投加量300mg、吸附时间为8h时，溶液pH对铜离子去除率的影响：随着溶液pH的增加，铜离子去除率增大；当溶液pH为6.0时，铜离子去除率达最大值93.70%。

2.3 铜离子初始质量浓度对铜离子去除率的影响

图1 35℃下生物质杏壳炭对铜离子的投加量-去除效率关系图

当生物质杏壳炭投加量300mg、吸附时间为8h时，溶液pH为6.0时，铜离子初始质量浓度对铜离子去除率的影响：随着铜离子初始质量浓度的增加，铜离子去除率减小；这是由于一定量的生物质杏壳炭表面所能吸附铜离子的量是有限的，在低浓度区，生物质杏壳炭的吸附能力未达饱和，所以铜离子去除率较高；而在高浓度区，由于生物质杏壳炭的吸附能力开始趋于饱和，随着铜离子初始质量浓度的增加，生物质杏壳炭对铜离子的去除率急剧下降［3］。

2.4 吸附时间对铜离子去除率的影响

当铜离子初始质量浓度为25mg/L，生物质杏壳炭投加量300mg，溶液pH为6.0时，吸附时间对铜离子去除率的影响：在吸附时间5～360min时，随着吸附时间的增加，铜离子去除率增大；当吸附时间为360min时，铜离子的去除率达到最大值60.48%。

2.5 等温吸附模型

Langmuir和Freundlich方程是等温吸附中最常见的两种吸附模型。采用Langmuir等温方程和Freundlich等温方程对图1的实验数据进行线性拟合，等温吸附拟合结果见图2～3。

图2 35℃铜离子的Langmuir吸附等温线

由图2～3可见，生物质杏壳炭对铜离子的吸附较好地符合Langmuir和Freundlich等温吸附方程，相关系数分别为0.9278和0.8631，说明生物质杏壳炭对铜离子的吸附更符合Langmuir等温吸附模型。通过Langmuir模型的线性拟合，计算得出最大吸附量为4.31mg/g。

图3 35℃铜离子的Freundich吸附等温线

3 结论

（1）以生物质杏壳炭为吸附剂吸附铜离子，在35℃下，当铜离子初始质量浓度为 25mg/L，生物质杏壳炭投加量为300mg，溶液pH为6.0，吸附时间为360min时，铜离子的去除率达到93.70%。

（2）等温吸附研究结果表明：生物质杏壳炭对铜离子的吸附可以较好地符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型，说明生物质杏壳炭对铜离子的吸附是单分子层吸附；通过Langmuir模型的线性拟合，计算得出最大吸附量为4.31mg/g。

［1］袁金华，俆仁扣.稻壳制备的生物质炭对红壤和黄棕壤酸度的改良效果［J］.生态与农村环境学报，2010（5）：472～476.

［2］王桂仙，张启伟.竹炭对溶液中Zn（Ⅱ）的吸附行为研究［J］.生物质化学工程，2006（3）：17～20.

［3］陈国青，高 琦，周靖平.超细竹炭对水中Pb2+的吸附效果［J］.解放军预防医学杂志，2006（6）：405～407.

X505

A

2095-2066（2016）29-0006-02

2016-10-3

李 惠（1993-），女，江苏南通人，本科，从事水环境保护技术研发工作。