朱宗強　莫超　韋文慧　朱義年　黃獻寧　黃彬

(1.桂林理工大學環(huán)境科學與工程學院　廣西桂林 541004；　2.廣西博世科環(huán)?？萍脊煞萦邢薰尽∧蠈?530007)

?

水污染治理

毛竹遺態(tài)Fe2O3/Fe3O4/C復合材料對水中銻(III)的吸附研究*

朱宗強1莫超1韋文慧2朱義年1黃獻寧1黃彬1

(1.桂林理工大學環(huán)境科學與工程學院廣西桂林 541004；2.廣西博世科環(huán)保科技股份有限公司南寧 530007)

摘要以毛竹遺態(tài)Fe2O3/Fe3O4/C復合材料為吸附劑，銻(III)初始含量、溶液初始pH值、吸附劑投加量以及吸附劑粒徑為影響因素開展吸附影響研究。結(jié)果表明，隨著銻(III)初始濃度的升高，毛竹遺態(tài)Fe2O3/Fe3O4/C復合材料對銻(III)的吸附量逐漸增加；初始溶液pH為7時，對銻(III)的吸附效果最好，吸附量為4.782 1 mg/g；塊狀吸附劑對水中銻(III)的去除率和吸附量與粉末狀吸附劑吸附效果相當。

關(guān)鍵詞毛竹遺態(tài)Fe2O3/Fe3O4/C復合材料吸附銻(III)

0引言

銻(Sb)是一種典型的有毒重金屬元素[1]，被美國環(huán)保局列為優(yōu)先控制污染物，同時也被歐盟巴塞爾公約列入危險廢物[2-3]。在環(huán)境中，銻主要以三價和五價的形式存在，銻(III)毒性強于銻(V)[4-5]。目前，國內(nèi)外處理含銻廢水的方法主要有吸附法、離子交換法、氧化還原法和混凝沉淀法等，其中吸附法為研究者近期所青睞的技術(shù)之一[6-8]。本文以毛竹模板制備獲得的毛竹遺態(tài)Fe2O3/Fe3O4/C復合材料(PBGC-Fe/C)吸附凈化水體的銻(III)，厘清其吸附過程的影響行為。

1材料與方法

1.1材料

以毛竹為植物模板進行Fe改性獲取的專利吸附材料(專利號：ZL201210446693.8)。

1.2試劑與儀器

試劑：酒石酸銻鉀、碘化鉀、硫脲、硫酸、硝酸均分析純；試驗用水為超純水。

含銻(III)模擬廢水：分析純酒石酸銻鉀溶于超純水獲得。

儀器：可見分光光度計(VIS-7220N，北京北分瑞利分析儀器有限責任公司)，pH計(Starter3C，奧豪斯儀器有限公司)，水浴恒溫振蕩器(SHZ-B，上海博訊實業(yè)有限公司)，電熱鼓風干燥箱(GZX-9240MBE，上海博訊實業(yè)有限公司)，電子天平(AR224CN，上海奧豪斯儀器有限公司)。

1.3吸附試驗

稱取一定量PBGC-Fe/C于離心管中，分別在不同銻(III)初始含量、pH值、吸附劑以及吸附劑粒徑混合進行水浴恒溫震蕩條件控制實驗，取出試樣用中速濾紙過濾，用碘化鉀分光光度法測定濾液中殘余銻(III)的濃度。

2結(jié)果與討論

2.1銻(III)初始含量對吸附的影響

分別移取50mL質(zhì)量濃度為5、10、20、30、40、50、75、100、125、150 mg/L的銻(III)溶液(pH=8)至100 mL的塑料離心管中，加入0.5g粒徑小于100目的PBGC-Fe/C作為吸附劑，分別在溫度25、35、45 ℃條件下恒溫水浴振蕩(振蕩速率為150 r/min)24 h，取出試樣用中速濾紙過濾，測定濾液中殘余的銻(III)的濃度見圖1。

圖1　初始濃度對PBGC-Fe/C吸附銻(III)的影響

由圖1可見，溫度在25 ℃至45 ℃之間時，隨著銻(III)初始濃度的升高，PBGC-Fe/C對銻(III)的吸附量增大，而去除率降低。從圖中還可以看出溫度變化對PBGC-Fe/C吸附銻(III)影響不大，當溫度為25 ℃、銻(III)質(zhì)量濃度為150 mg/L時達到最大吸附量10.77 mg/g。

2.2溶液初始pH對吸附的影響

分別移取50 mL初始濃度為5、10、50 mg/L的銻(III)模擬廢水(pH=1、2、3、4、5、6、7、8、9、10)至100 mL的塑料離心管中，加入0.5 g粒徑小于100目的PBGC-Fe/C進行靜態(tài)吸附試驗，獲得pH對吸附的影響關(guān)系(見圖2)。

pH值在1～10范圍內(nèi)，PBGC-Fe/C對銻(III)的吸附量和去除率變化不大。吸附效果最好是pH為7時，此時3種濃度下銻(III)的吸附量分別為0.471 6、0.971 6、4.782 1 mg/g，相對應的去除率分別為94.31%、97.16%、95.68%。銻(III)溶液的初始pH呈堿性時PBGC-Fe/C吸附銻(III)能力比在酸性環(huán)境中略高，圖2可以看出pH偏酸或偏堿對吸附影響不大。

2.3PBGC-Fe/C投加量對吸附的影響

分別移取50 mL的初始質(zhì)量濃度為5、10、50 mg/L 的銻(III)模擬廢水(pH=7)至100 mL的塑料離心管中，每個濃度水平分別加入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條件下水浴恒溫振蕩至吸附平衡(見圖3)。

圖3　PBGC-Fe/C投加量對吸附銻(III)的影響

隨著PBGC-Fe/C用量的增加，3種濃度下的銻(III)吸附量均呈下降趨勢，5 mg/L和10 mg/L銻(III)的去除率則保持在較高水平，均在90%以上，50 mg/L銻(III)的去除率則逐漸增大。5、10和50 mg/L 銻(III)吸附量分別從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；去除率分別從84.82%、88.89%、53.41%升高到99.23%、98.54%、99.24%。

2.4PBGC-Fe/C粒徑對吸附的影響

分別移取50 mL初始質(zhì)量濃度為5、10和50 mg/L的銻(III)溶液(pH=7)，加入0.5 g粒徑依次為≤100目、80～100目、60～80目、40～60目、20～40目、未經(jīng)研磨塊狀的PBGC-Fe/C以及<100目的毛竹竹炭粉末和Fe2O3粉末，進行靜態(tài)吸附試驗，獲得PBGC-Fe/C粒徑對吸附影響關(guān)系(見圖4)。

銻(III)溶液去除率和吸附量隨著PBGC-Fe/C粒徑的減小而升高，去除率分別由97.23%、87.92%、36.93%升高到99.23%、99.62%、93.77%，吸附量則

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粉末對銻(III)都具有良好的吸附能力，吸附能力從高到低依次為PBGC-Fe/C>Fe2O3粉末>毛竹竹炭。

圖4　PBGC-Fe/C粒徑對吸附銻(III)的影響

3結(jié)論

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

(2)隨著銻(III)初始濃度的升高，PBGC-Fe/C對銻(III)的吸附量逐漸增加，對50 mg/L 銻(III)溶液使用100 mg(每50 mL)的吸附劑，吸附量為13.352 mg/g；PBGC-Fe/C在較寬的pH范圍內(nèi)(pH=3～10)表現(xiàn)出良好的銻(III)吸附能力，最適宜的pH為7。

(3)PBGC-Fe/C兼具Fe2O3粉末和毛竹竹炭吸附銻(III)的優(yōu)點，較后兩者顯著提高了對銻(III)的吸附能力，且吸附劑顆粒越小，對銻(III)的吸附越好。

參考文獻

[1]李航彬, 楊志輝, 袁平夫, 等. 湘中銻礦區(qū)土壤重金屬銻的污染特征[J].環(huán)境科學與技術(shù),2011,33(1):70-74，127.

[2]何孟常,萬紅艷. 環(huán)境中銻的分布、存在形態(tài)及毒性和生物有效性[J].化學進展,2004,15(1):131-135.

[3]Mccallum R. Occupational exposure to antimony compounds[J]. Journal of Environmental Monitoring,2005,7(12):1245-1250.

[4]張亞平,張婷,陳錦芳, 等. 水、土環(huán)境中銻污染與控制研究進展[J].生態(tài)環(huán)境學報,2011,19(Z2):1373-1378.

[5]Filella M, Belzile N,Chen Y-W. Antimony in the environment: A review focused on natural waters: I. Occurrence[J]. Earth-Science Reviews,2002,57(1):125-176.

[6]陳臻, 呂文英,姚琨. 超聲協(xié)助活性炭去除水中銻的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2014,53(12):3647-3649.

[7]張家興,王超,楊波, 等. 電混凝去除水中銻污染物[J].環(huán)境工程學報,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.

*基金項目：國家自然科學基金(NSFC41263009)，廣西自然科學基金(2014GXNSFBA118054)，“八桂學者”建設工程專項經(jīng)費資助，廣西科學研究與技術(shù)開發(fā)計劃項目(桂科攻14124004-3-3)。

作者簡介黃獻寧，女，碩士，研究方向：環(huán)保材料制備及其應用。

(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)