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        銅離子在生物質(zhì)杏殼炭表面的吸附特性研究

        2016-11-09 01:35:36陶先兵吳光前江姝瑤趙金君
        低碳世界 2016年29期
        關(guān)鍵詞:等溫投加量生物質(zhì)

        李 惠,陶先兵,吳光前,江姝瑤,趙金君

        (1.江蘇道科環(huán)境科技有限公司,江蘇南京210015;2.南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境科學(xué)系,江蘇南京210037)

        銅離子在生物質(zhì)杏殼炭表面的吸附特性研究

        李 惠1,陶先兵1,吳光前2,江姝瑤1,趙金君1

        (1.江蘇道科環(huán)境科技有限公司,江蘇南京210015;2.南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境科學(xué)系,江蘇南京210037)

        探討了5℃、25℃和35℃三種不同溫度下生物質(zhì)杏殼炭投加量、溶液pH、吸附時間、銅離子初始質(zhì)量濃度等因素對生物質(zhì)杏殼炭吸附銅離子效果的影響。實驗結(jié)果表明:在35℃下,生物質(zhì)杏殼炭投加量為300mg,溶液pH為6.0,吸附時間為360min,銅離子初始濃度25mg/L時,生物質(zhì)杏殼炭對銅離子的去除率為93.70%;生物質(zhì)杏殼炭對銅離子的吸附可以很好地符合Langmuir和Freundlich等溫吸附模型,通過Langmuir模型的線性擬合,計算得出最大吸附量為4.31mg/g。

        生物質(zhì)杏殼炭;銅離子;吸附特性

        目前國內(nèi)外對銅等重金屬離子造成的污染,多采用的方法包括物理化學(xué)法及生物處理法兩大類。在眾多的方法中吸附法是一種成熟的、簡單易行的水處理方法,特別適合于水量大污染物濃度低的廢水,所以得到廣泛的運(yùn)用。

        生物質(zhì)杏殼炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、較大的比表面積、一定的持水性和表面豐富的官能團(tuán),使它在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。目前它的應(yīng)用研究主要集中在農(nóng)業(yè)和環(huán)境領(lǐng)域[1]。它不僅可以改良土壤、增加肥力,吸附土壤或污水中的重金屬及有機(jī)污染物,而且對碳氮具有較好的固定作用[2]。

        1 實驗部分

        1.1 試劑及儀器

        (1)試劑:硫酸、氫氧化鈉、磷酸二氫鈉、五水硫酸銅、生物質(zhì)杏殼炭(經(jīng)粉碎機(jī)粉碎以及不同目數(shù)分子篩篩選后備用)。

        (2)儀器:TAS-990原子吸收分光光度計、HZP-250型全溫震蕩培養(yǎng)箱、PHS-3C微機(jī)型pH計、DHG-905385-Ⅲ電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、FA1004N型電子天平 (Max100g,d= 0.0001g)。

        1.2 實驗方法

        取一定量的生物質(zhì)杏殼炭置于66mL的透明密封塑料藥瓶中,加入一定質(zhì)量濃度的配制好的銅離子溶液,直至加滿為止。在35℃,轉(zhuǎn)速80rmp的條件下,放入全溫?fù)u床柜中振蕩一定時間后靜置,取上清液過濾測定吸光度,計算溶液中銅離子的去除率和生物質(zhì)杏殼炭的吸附量。

        1.3 分析方法

        銅離子質(zhì)量濃度用原子吸收分光光度計測定;pH用pH計測定。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 生物質(zhì)杏殼炭投加量對銅離子去除率的影響

        當(dāng)銅離子初始質(zhì)量濃度為25mg/L,溶液pH為6.0、吸附時間為8h時,生物質(zhì)杏殼炭投加量對銅離子去除率的影響見圖1。由圖1可見,隨著生物質(zhì)杏殼炭投加量的增加,銅離子去除率增大;當(dāng)生物質(zhì)杏殼炭投加量為300mg時,銅離子去除率達(dá)最大值65.46%。

        2.2 溶液pH對銅離子去除率的影響

        當(dāng)銅離子初始質(zhì)量濃度為25mg/L,生物質(zhì)杏殼炭投加量300mg、吸附時間為8h時,溶液pH對銅離子去除率的影響:隨著溶液pH的增加,銅離子去除率增大;當(dāng)溶液pH為6.0時,銅離子去除率達(dá)最大值93.70%。

        2.3 銅離子初始質(zhì)量濃度對銅離子去除率的影響

        圖1 35℃下生物質(zhì)杏殼炭對銅離子的投加量-去除效率關(guān)系圖

        當(dāng)生物質(zhì)杏殼炭投加量300mg、吸附時間為8h時,溶液pH為6.0時,銅離子初始質(zhì)量濃度對銅離子去除率的影響:隨著銅離子初始質(zhì)量濃度的增加,銅離子去除率減??;這是由于一定量的生物質(zhì)杏殼炭表面所能吸附銅離子的量是有限的,在低濃度區(qū),生物質(zhì)杏殼炭的吸附能力未達(dá)飽和,所以銅離子去除率較高;而在高濃度區(qū),由于生物質(zhì)杏殼炭的吸附能力開始趨于飽和,隨著銅離子初始質(zhì)量濃度的增加,生物質(zhì)杏殼炭對銅離子的去除率急劇下降[3]。

        2.4 吸附時間對銅離子去除率的影響

        當(dāng)銅離子初始質(zhì)量濃度為25mg/L,生物質(zhì)杏殼炭投加量300mg,溶液pH為6.0時,吸附時間對銅離子去除率的影響:在吸附時間5~360min時,隨著吸附時間的增加,銅離子去除率增大;當(dāng)吸附時間為360min時,銅離子的去除率達(dá)到最大值60.48%。

        2.5 等溫吸附模型

        Langmuir和Freundlich方程是等溫吸附中最常見的兩種吸附模型。采用Langmuir等溫方程和Freundlich等溫方程對圖1的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合,等溫吸附擬合結(jié)果見圖2~3。

        圖2 35℃銅離子的Langmuir吸附等溫線

        由圖2~3可見,生物質(zhì)杏殼炭對銅離子的吸附較好地符合Langmuir和Freundlich等溫吸附方程,相關(guān)系數(shù)分別為0.9278和0.8631,說明生物質(zhì)杏殼炭對銅離子的吸附更符合Langmuir等溫吸附模型。通過Langmuir模型的線性擬合,計算得出最大吸附量為4.31mg/g。

        圖3 35℃銅離子的Freundich吸附等溫線

        3 結(jié)論

        (1)以生物質(zhì)杏殼炭為吸附劑吸附銅離子,在35℃下,當(dāng)銅離子初始質(zhì)量濃度為 25mg/L,生物質(zhì)杏殼炭投加量為300mg,溶液pH為6.0,吸附時間為360min時,銅離子的去除率達(dá)到93.70%。

        (2)等溫吸附研究結(jié)果表明:生物質(zhì)杏殼炭對銅離子的吸附可以較好地符合Langmuir和Freundlich等溫吸附模型,說明生物質(zhì)杏殼炭對銅離子的吸附是單分子層吸附;通過Langmuir模型的線性擬合,計算得出最大吸附量為4.31mg/g。

        [1]袁金華,俆仁扣.稻殼制備的生物質(zhì)炭對紅壤和黃棕壤酸度的改良效果[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報,2010(5):472~476.

        [2]王桂仙,張啟偉.竹炭對溶液中Zn(Ⅱ)的吸附行為研究[J].生物質(zhì)化學(xué)工程,2006(3):17~20.

        [3]陳國青,高 琦,周靖平.超細(xì)竹炭對水中Pb2+的吸附效果[J].解放軍預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志,2006(6):405~407.

        X505

        A

        2095-2066(2016)29-0006-02

        2016-10-3

        李 惠(1993-),女,江蘇南通人,本科,從事水環(huán)境保護(hù)技術(shù)研發(fā)工作。

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