花生壳吸附水中Pb2+的吸附机理研究

彭小悦，代泳波，孙大能，郭 盛，罗云鹰

（1.常德市产商品质量监督检验所，湖南 常德 415200；2.国家生活用纸产品质量监督检验中心，湖南 常德 415200）

采用生物吸附法去除废水中的重金属离子，近年来以其新颖独特的优势引起了人们的广泛关注[1-4]。我国是农业大国，棉花壳、花生壳、板栗壳等是常用的农副产品，其每年的废物损耗约180万吨[5]，造成了大量的浪费。为变废为宝，考虑到综合经济效益，本文以花生壳作为吸附剂，探讨其对溶液中的Pb2+的吸附机理。

1 实验部分

1.1 原材料的制备

花生壳用蒸馏水清洗数次后放入烘箱中，65℃下烘干12h。待冷却至室温后粉碎，过1mm筛，装入聚乙烯袋中于干燥器中密封保存以备使用。

1.2 实验仪器

电热恒温干燥箱（GZX-DH500，上海跃进医疗器械厂）；pH计（pHS-3B，上海精科雷磁）；

电子秤（TP-220A，长沙高新开发区湘仪天平仪器设备有限公司）；

双功能水浴恒温振荡器（SHY-2A，金坛市环保仪器厂）；

原子吸收分光光度计（VarianAA240FS，美国Varian Inc公司）；

1mm筛，容量瓶，锥形瓶，移液管，烧杯等。

1.3 铅离子吸附实验

1.3.1 重金属溶液母液的配制

精确称取6.3941gPb（NO3）2（AR）溶于蒸馏水中，定容至2L，配制成浓度为2000mg/L的母液，在后续实验所用溶液均由母液稀释所得。

1.3.2 初始Pb2+浓度对Pb2+吸附影响的实验

称取0.4g花生壳粉于离心管中，加入不同初始浓度Pb2+溶液（浓度范围为20mg/L～180mg/L）并调节pH至5.0。于振荡器中25±1℃，200r/min，振荡吸附12h，提取上清液，待测。

1.3.3 吸附时间对Pb2+吸附影响的实验

称取0.4g花生壳粉于离心管中，加入100mg/LPb2+溶液并调节pH至5.0。于振荡器中25±1℃，200r/min，振荡吸附12h，提取上清液，待测。

1.3.4 测定及计算方法

（1）重金属离子浓度的测定。

①铅标准曲线溶液的配制：用0.2%的HNO3溶液逐级稀释铅标准使用液，配制5个标准工作溶液，其Pb2+浓度范围为：0.0mg/L～10.0mg/L。②原子吸收分光光度计工作条件：空心阴极灯作光源，波长217.0nm，火焰气体为空气和乙炔的混合气体，通带宽度为均1.0nm。

（2）相关计算公式。具体公式见表1。

2 实验结果与讨论

2.1 花生壳对Pb2+吸附平衡

2.1.1 Langmuir吸附等温线

用Langmuir吸附模式模拟不同初始浓度的吸附规律，结果见图1。由线性拟合直线可得花生壳对Pb2+吸附的线性拟合趋势线为y=0.037x+0.2916。计算出的Pb2+的理论最大吸附量为27.3973mg/g、常数b为0.1066L/mg。

图1 Langmuir拟合花生壳对Pb2+的吸附等温线

表1 相关计算公式汇总表

2.1.2 Freundlich模式下的吸附线性拟合

Freundlich吸附模式模拟不同初始浓度的吸附规律，结果见图2。由线性拟合趋势线可得花生壳对Pb2+吸附的Freundlich线性拟合直线方程为y=0.5936x+0.662。

图2 Freundlich拟合花生壳对Pb2+的吸附等温线

Freundlich方程线性拟合相关度系数为0.8052，这说明Freundlich吸附模式对实验数据的线性拟合效果一般，按照公式所作的直线拟合得出的Kf为3.74、n为1.6846。

综上所述，在实验条件下，花生壳对重金属Pb2+的吸附用两种吸附模式进行线性拟合后，Langmuir线性拟合相对要理想些。这说明了花生壳吸附重金属铅离子是主要受单层吸附的影响，符合Langmuir吸附模式。

2.2 吸附动力学模式

由图3可知，拟合得出的Pb2+吸附的二级动力学方程为y=0.0545x+0.0137，R2为0.9998，这说明在实验条件下，花生壳对重金属Pb2+的吸附过程能通过二级动力学方程能很好的描述。按照公式相关反应常数见表2。所求出的qeq值与实验数据非常接近，进一步说明了花生壳金属Pb2+的过程符合二级动力学反应，吸附反应主要由物理反应过程控制。

图3 花生壳对Pb2+吸附的动力学方程拟合

表2 二级动力学方程拟合花生壳吸附的各项系数

3 结论

Langmuir模型对吸附的拟合优于Freundlich模型。用Langmuir等温吸附方程求理论最大吸附量，花生壳对Pb2+的理论最大吸附量为27.3973mg/g，说明花生壳是较理想的吸附溶液中Pb2+的吸附剂材料。

花生壳对溶液中重金属离子Pb2+的吸附是一个快速的过程，其单位吸附量在1/3h之内就达到了总吸附量的75%，在0.5h内就基本达到了平衡状态。用二级动力学方程对吸附过程进行拟合，R2在0.999以上，说明吸附过程主要以物理反应为主。