硅藻壳作为吸附剂对废水中Pb2+的吸附作用研究

丁一芃

（浙江省义乌中学，浙江 金华 321000）

1 前言

重金属污染是指重金属或其化合物造成的环境污染及由环境污染导致的二次污染。大量的文献和研究显示，我国的主要河流和湖泊都不同程度的受到重金属的污染，常见的污染物包括铅、汞、镉和镍等，其中，Pb2+通过神经系统、造血系统、肝肾及心血管系统等危害人体健康，Pb2+污染已引起了广泛的关注。

目前，治理水体重金属污染的方法主要有生物法、物理法、化学法及物理化学法。其中，利用细菌等微生物去除重金属的生物技术在不断发展，物理法主要是借助于物理作用分离废水中不溶性悬浮液体或者固体，化学法主要是利用化学反应沉淀或者化学吸附去除污水中的污染物，物理化学法主要包括离子交换法、吸附法、膜分离法及溶剂萃取法。吸附法具有吸附剂易获得、成本低廉、处理效果好及操作工艺简单等优点，得到了广泛的应用，常用的吸附剂有活性炭、竹炭、壳聚糖、秸秆、硅藻土和改性硅藻土等，但对Pb2+的饱和吸附容量相对较小。

硅藻壳是硅藻通过过化学焙烧法得到的残留晶体，其表面有大量微小孔隙，孔隙率达90%以上，且比表面较大。因此，本实验采用硅藻壳作为吸附剂，研究其对Pb2+的吸附效果及影响因素。

2 实验部分

2.1 实验材料及仪器

烧杯、试管、滴管、药匙、电子天平、量筒、玻璃棒、pH试纸、温度计、电感偶合等离子体发射光谱仪（ICP）、离心机、酸碱滴定管。

2.2 实验试剂

PbNO3，分析纯级，天津市科密欧化学试剂有限公司。Pb2+、Cu2+、Cd2+、Ag+储备液溶液（1000mg/L）是将其各自的硝酸盐溶于去离子水中配得，其它浓度则由储备液稀释配得。金属溶液的pH由NaOH（1N）溶液和HCl（1N）溶液调节。硅藻壳由离心获得淡水硅藻浓缩液干燥后获得。

2.3 实验方法

①用电子天平分别称取硅藻壳1g数份，作为吸附剂。

②分别配制数份浓度为 50、100、150、200mg/L 的1.0LPb2+水溶液，作为实验废水。

③用电感偶合等离子体发射光谱仪（ICP）测试处理后废水中Pb2+浓度。

3 结果与讨论

3.1 吸附时间对Pb2+吸附量的影响

分别加 1g硅藻壳于浓度为 50、100、150、200mg/L的Pb2+水溶液中，水溶液均为1L，振荡吸附，分别在60、120、360、720和1440min对废水取样，取少量上清液用电感偶合等离子体发射光谱仪（ICP）测量Pb2+浓度。实验结果如图1所示。根据图1可以看出，铅离子吸附率随吸附时间的增加而增加。在120min达到稳定，因此，确定硅藻壳最佳吸附时间以120min为宜。

图1 吸附时间对Pb2+吸附量的影响

3.2 温度对Pb2+吸附量的影响

加1g硅藻壳于1L浓度为150mg/L的Pb2+水溶液中，图2反应了反应温度对硅藻壳吸附Pb2+的影响。从图中可以看出，随着温度的增加，平衡吸附量稍有降低。当反应温度为15℃时硅藻壳吸附Pb2+的平衡吸附量达到最大值，说明温度较低的实验条件更有利于硅藻壳对Pb2+的吸附。较高温度下，金属离子的分子运动加剧，硅藻壳表面吸附的Pb2+部分转移到水溶液中，导致测定时溶液中Pb2+浓度偏高。实验结果表明，反应温度为25℃时硅藻壳吸附Pb2+的平衡吸附量为118.27 mg/g，与温度为15℃时的平衡吸附量相近，因此选择一般室温25℃作为硅藻壳材料吸附Pb2+的反应温度。

图2 温度Pb2+吸附量的影响

3.3 初始pH对Pb2+吸附量的影响

溶液初始pH值是硅藻壳吸附Pb2+的一个重要影响因素，溶液的pH值影响了硅藻壳表面电荷和金属离子的存在状态。加1g硅藻壳于1L浓度为150mg/L的Pb2+水溶液中，在不同的溶液初始pH条件下，硅藻壳对Pb2+的吸附结果见图3，随着吸附时间的增加，硅藻壳对Pb2+的吸附量先快速上升而后趋于稳定。实验结果显示，当溶液初始pH值为2.08时，硅藻壳对Pb2+的吸附量均低于其他pH值下的吸附量，这是因为当溶液pH低于电荷零点时硅藻壳表面是带正电的，因此不利于Pb2+的吸附。本研究中选择溶液的原始pH约为4.8为吸附实验的pH条件。

图3 初始pH对Pb2+吸附量的影响

3.4 转速对Pb2+吸附量的影响

加1g硅藻壳于1L浓度为150mg/L的Pb2+水溶液中，图4反应了转速对硅藻壳吸附Pb2+的影响。在60、100和140rpm三种转速条件下，硅藻壳对Pb2+吸附量的整体趋势为先快速上升，当转速为100rpm时，平衡吸附量达到最大值118.27mg/g。即转速100rpm为最优反应转速。

图4 转速对Pb2+吸附量的影响

3.5 硅藻壳对Pb2+的选择吸附

为了研究在共存离子状态下硅藻壳对Pb2+的平衡吸附量，文章进行了竞争吸附实验。实验中，每种金属离子的浓度均为150mg/L，竞争吸附反应结果见图5。硅藻壳对Pb2+的平衡吸附量远远大于对其它离子的平衡吸附量，说明硅藻壳对Pb2+具有一定的选择吸附性。

图5 硅藻壳对金属离子的选择性吸附

4 结语

文章主要研究了吸附时间、转速、温度、溶液初始pH及竞争离子等因素对Pb2+吸附效果的影响。实验结果表明，吸附时间为120min时能达到平衡吸附，常温条件下，转速为100rpm时，吸附效果最好。此外，硅藻壳对Pb2+具有选择性吸附的作用。