(河北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心，河北 保定 071051)

前言

重金屬離子的危害主要分為兩類，即土壤中重金屬離子造成的危害和水中重金屬離子造成的危害。廢水中重金屬離子對人類造成的危害很大[1-3]，高效地去除生活中重金屬離子是眾所關(guān)心的問題。本文重點(diǎn)研究吸附法快速、有效地去除廢水中的重金屬離子鉛。在眾多處理方法中吸附法是一種容易操作且經(jīng)濟(jì)可行的方法，因此吸附劑的選擇是該技術(shù)的關(guān)鍵。隨著現(xiàn)代社會(huì)可持續(xù)發(fā)展理念的提出和加深，近幾年人們越來越關(guān)注日常生活中產(chǎn)生的廢物可回收利用問題[4-8]。香蕉是一種較常見的水果，利用香蕉皮去除廢水中的重金屬離子可以變廢為寶，保護(hù)環(huán)境，在污水處理方面有很高的應(yīng)用價(jià)值。

本文研究了香蕉皮對重金屬離子鉛的吸附性能，討論了各種因素對其吸附重金屬離子鉛的影響，具有操作簡單、耗時(shí)短、吸附率高等優(yōu)點(diǎn)，建立了香蕉皮對重金屬離子鉛的吸附方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器

BT125D型電子精密天平(賽多利斯科學(xué)儀器有限公司)；超聲波清洗器(上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司)；722型分光光度計(jì)(上海光譜儀器公司)；JJ-1型磁力攪拌器(常州國華電器公司)；1706型離心機(jī)(德國Hellch有限公司)。

1.2 主要試劑

硝酸鉛標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液：準(zhǔn)確稱取0.779 3 g硝酸鉛于燒杯中，用稀硝酸溶解后加入少量純水并定容于500 mL容量瓶中，搖勻。取100 mL用純水稀釋至1 000 mL，搖勻，得到濃度為100.0 mg/L 的Pb溶液。其它濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求用標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液逐級稀釋而成。

二甲酚橙(2 .0 g/L)溶液：準(zhǔn)確稱取0.5 g二甲酚橙溶于250 mL純水，搖勻。

六亞甲基四胺溶液：準(zhǔn)確稱取80.0 g六亞甲基四胺溶于200 mL蒸餾水中，加入適量濃鹽酸，調(diào)節(jié)使溶液的pH=5.4。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1香蕉皮的預(yù)處理

香蕉皮樣品的制備：將香蕉皮用純水洗凈后凍干，用組織攪碎機(jī)磨碎，過篩備用。

1.3.2實(shí)驗(yàn)原理

鉛離子在pH值小于6.3溶液中可以與二甲酚橙生成紫紅色的多元配合物，配制一系列濃度的溶液用分光光度法進(jìn)行測定，作出標(biāo)準(zhǔn)曲線，擬合得出鉛離子的線性回歸方程就可以計(jì)算鉛離子的濃度。

1.3.3Pb標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

準(zhǔn)確移取1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 mL Pb標(biāo)準(zhǔn)溶液(100.0 mg/L)于6個(gè)50 mL容量瓶中，分別加入1 mL二甲酚橙顯色劑和4 mL六亞甲基四胺緩沖溶液，用純水稀釋至刻度，搖勻。室溫下顯色5 min，用試劑空白作參比，在580 nm處測定各溶液的吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。橫坐標(biāo)X代表溶液中Pb2+的濃度(mg/L)，縱坐標(biāo)Y代表吸光度，得出鉛離子的線性回歸方程為Y=0.104 83X-0.057 23，線性相關(guān)系數(shù)R=0.999 83，說明線性關(guān)系良好。

2 結(jié)果與討論

2.1 改性對香蕉皮吸附Pb2+性能的影響

稱取5 g(粒徑為380 μm)香蕉皮粉末，用250 mL鹽酸(1+5)攪拌浸泡1.5 h，然后抽濾，烘干，待用。

準(zhǔn)確移取50 mL鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液(50 mg/L)放入兩個(gè)碘量瓶中，分別加入0.5 g經(jīng)鹽酸改性和未改性的香蕉皮，吸附30 min后靜置，分別取上層清液3 mL于兩個(gè)50 mL容量瓶中，分別加入1 mL二甲酚橙顯色劑和4 mL六亞甲基四胺緩沖溶液，定容，以試劑空白作參比，在580 nm處測其吸光度，計(jì)算吸附率。改性后的吸附率為30.0%，未改性的吸附率為52.2%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)鹽酸改性的香蕉皮吸附效率較低，可能是由于大量的酸離子破壞了香蕉皮中可以吸附重金屬離子的成分。測定結(jié)果如圖1所示。

圖1 改性對吸附Pb2+的影響Figure 1 Effect of modification on adsorption Pb2+.

2.2 吸附粒徑對香蕉皮吸附Pb2+性能的影響

分別準(zhǔn)確移取50 mL鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液(50 mg/L)放入兩個(gè)碘量瓶中，分別加入0.5 g粒徑為380 μm和180 μm的香蕉皮，在20 ℃下攪拌吸附30 min后靜置，分別取上層清液3 mL于兩個(gè)50 mL容量瓶中，加入1 mL二甲酚橙顯色劑和4 mL六亞甲基四胺緩沖溶液，定容，以試劑空白作參比，在580 nm處測其吸光度，計(jì)算吸附率。測定結(jié)果如圖2所示。香蕉皮粒徑為380 μm時(shí)的吸附率為52.2%，粒徑為180 μm時(shí)的吸附率為70.8%。

圖2 粒徑對吸附Pb2+的影響Figure 2 Effect of particle size on adsorption Pb2+.

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，粒徑180 μm的香蕉皮對重金屬離子鉛的吸附率較高。粒徑較小的香蕉皮對重金屬離子鉛的吸附性能較好，這可能是由于香蕉皮粒徑小時(shí)，香蕉皮表面積較大，和溶液接觸時(shí)接觸面積大。

2.3 溶液初始pH值對香蕉皮吸附Pb2+性能的影響

分別配制6組pH值分別為1、2、3、4、5、6的鉛(0.2 mg/mL)溶液各100 mL，再分別移取50 mL至6個(gè)碘量瓶中，分別加入0.5 g (180 μm)香蕉皮，在20 ℃攪拌吸附30 min后靜置，分別取3 mL清液于50 mL容量瓶中，加入1 mL二甲酚橙顯色劑和4 mL六亞甲基四胺緩沖溶液，定容，以試劑空白作參比，在580 nm處測其吸光度，計(jì)算吸附率。測定結(jié)果如圖3所示。當(dāng)溶液初始pH值為5時(shí)，香蕉皮對重金屬離子鉛的吸附性能最好。

圖3 溶液初始pH值對吸附Pb2+的影響Figure 3 Effect of initial pH value on adsorption Pb2+.

2.4 吸附劑用量對香蕉皮吸附Pb2+性能的影響

分別準(zhǔn)確移取50 mL鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液(50 mg/L，pH=5)放入6個(gè)碘量瓶中，分別加入0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.0 g吸附劑，在20 ℃下攪拌30 min后靜置，分別取3 mL清液于50 mL容量瓶中，加入1 mL二甲酚橙顯色劑和4 mL六亞甲基四胺緩沖溶液，定容，以試劑空白作參比，在580 nm處測其吸光度，計(jì)算吸附率。測定結(jié)果如圖4所示。當(dāng)吸附劑的用量為0.2 g時(shí)，香蕉皮對重金屬離子鉛的吸附性能最好。吸附劑用量越大，香蕉皮對重金屬鉛的吸附性能越低，可能的原因是香蕉皮中含有大量的果膠，當(dāng)香蕉皮用量較多時(shí)，香蕉皮就會(huì)粘在一起，0.2 g/50mL為最佳吸附劑用量。

圖4 吸附劑用量對吸附Pb2+的影響Figure 4 Effect of the content of adsorbents on adsorption Pb2+.

2.5 鉛離子初始濃度對香蕉皮吸附Pb2+性能的影響

分別準(zhǔn)確移取濃度為10.0、20.0、30.0、40.0、50.0、60.0 mg/L的50 mL鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液(pH=5)放入6個(gè)碘量瓶中，分別加入0.2 g吸附劑，20 ℃下攪拌30 min后靜置，分別取3 mL清液于50 mL容量瓶中，加入1 mL二甲酚橙顯色劑和4 mL六亞甲基四胺緩沖溶液，定容，以試劑空白作參比，在580 nm處測其吸光度，計(jì)算吸附率。測定結(jié)果如圖5所示。當(dāng)初始濃度較低時(shí)，吸附效率較差，在鉛離子初始濃度為50 mg/L時(shí)吸附性能最好，吸附率達(dá)到最大值87.0%。

圖5 初始濃度對吸附Pb2+的影響Figure 5 Effect of initial concentration on adsorption Pb2+.

2.6 吸附溫度對香蕉皮吸附Pb2+性能的影響

分別準(zhǔn)確移取50 mL 鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液(50 mg/L， pH=5)放入6個(gè)碘量瓶中，分別加入0.2 g吸附劑，分別在溫度為10、20、30、40、50、60 ℃下攪拌30 min后靜置，分別取3 mL清液于50 mL容量瓶中，加入1 mL二甲酚橙顯色劑和4 mL六亞甲基四胺緩沖溶液，定容，以試劑空白作參比，在580 nm處測其吸光度，計(jì)算吸附率。測定結(jié)果如圖6所示。當(dāng)吸附溫度為30 ℃時(shí)，香蕉皮對重金屬離子鉛的吸附性能最好?？赡苁怯捎跍囟鹊蜁r(shí)，香蕉皮中吸附重金屬離子的成分活性較低；而高溫可能破壞了香蕉皮中的有效成分。

圖6 溫度對吸附Pb2+的影響Figure 6 Effect of temperature on adsorption Pb2+.

2.7 吸附時(shí)間對香蕉皮吸附Pb2+性能的影響

分別準(zhǔn)確移取50 mL 鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液(50 mg/L， pH=5)放入6個(gè)碘量瓶中，加入0.2 g吸附劑，在30 ℃下，分別攪拌15、20、25、30、35、40 min后靜置，分別取3 mL清液于50 mL容量瓶中，加入1 mL二甲酚橙顯色劑和4 mL六亞甲基四胺緩沖溶液，定容，以試劑空白作參比，在580 nm處測其吸光度，計(jì)算吸附率。測定結(jié)果如圖7所示。當(dāng)吸附時(shí)間為25 min時(shí)，香蕉皮對重金屬離子鉛的吸附性能最好。

圖7 時(shí)間對吸附Pb2+的影響Figure 7 Effect of time on adsorption Pb2+.

2.8 精密度實(shí)驗(yàn)

分別準(zhǔn)確移取50 mL 鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液(50 mg/L， pH=5)放入6個(gè)碘量瓶中，加入0.2 g吸附劑，在30 ℃下，吸附25 min。取上層清液3 mL于50 mL容量瓶中，加入1 mL二甲酚橙顯色劑和4 mL六亞甲基四胺緩沖溶液，定容，以試劑空白作參比，在580 nm處測其吸光度，計(jì)算吸附率，測定結(jié)果見表1。結(jié)果顯示方法精密度良好。

表1 精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.9 準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

準(zhǔn)確移取50 mL鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液(50 mg/L)于碘量瓶中，加入0.2 g吸附劑，在30 ℃下，pH=5，吸附25 min后。分別準(zhǔn)確移取上層清液3 mL于50 mL容量瓶中，加入1 mL二甲酚橙顯色劑和4 mL六亞甲基四胺緩沖溶液，定容，以試劑空白作參比，對同一樣品平行6次在580 nm處測其吸光度，計(jì)算吸附率，測定結(jié)果見表2。結(jié)果表明方法準(zhǔn)確度良好。

表2 準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

通過香蕉皮對重金屬離子鉛有效吸附的方法研究，得出香蕉皮對重金屬離子鉛的吸附效能較高，精密度良好，且具有吸附劑用量少和吸附時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明，香蕉皮可以變廢為寶，保護(hù)環(huán)境，在污水處理方面有很高的應(yīng)用價(jià)值。