木質素類吸附劑去除重金屬離子實驗研究

利用有機溶劑制漿法中產生的有機溶劑木質素為主體原料，用于重金屬離子的富集和廢水處理，達到材料與生態環境的和諧。本研究從木質素的吸附性能及各種實驗條件對其吸附性能的影響進行研究。有機溶劑木質素吸附劑對金屬離子的靜態吸附實驗表明：木質素吸附劑對Cu2+、Pb2+和Cd2+具有很好的吸附效果，在實驗條件下，對上述金屬離子的靜態吸附量分別達到了27.42 mg·g-1、99.5 mg·g-1、32.7 mg·g-1。并且具有很好的解吸再生能力用濃度為0.1mol·L-1的HCl溶液對吸附后的有機溶劑木質素處理僅10min后，木質素對Cu2+和Pb2+的解析率分別為33.19%和71.8%，解吸后的木質素對1mmol·L-1的Cu2+和Pb2+的吸附率高達82.06%和93.63%。研究結果不僅為有機溶劑木質素吸附重金屬研究提供基礎數據，并對重金屬廢水處理提供有益的借鑒。

1 引言

吸附法處理重金屬廢水具有適應范圍廣、處理效果好、可回收有用金屬以及吸附劑可重復使用等優點。研究內容主要包括有機溶劑木質素的靜態吸附解吸實驗，計算吸附率、吸附量、解析率和再生吸附量；有機溶劑木質素的等溫吸附實驗，計算出吸附平衡濃度和吸附劑的平衡吸附量，然后用Langmuir和Freundlich吸附等溫式來解釋木素吸附劑的吸附情況，計算飽和吸附量；有機溶劑木質素的吸附條件優化，包括pH、吸附時間和吸附質的初始濃度對木質素吸附劑吸附效果的影響。有機溶劑木質素吸附劑的吸附效果與吸附質溶液的pH值、吸附時間、吸附質的初始濃度相關，增加溶液pH值、延長吸附時間、增加吸附質濃度有利吸附。有機溶劑木質素吸附劑，木質素原料來源充足，制備簡單，費用低廉，且對重金屬的吸附效果好，為木質素類吸附劑去除重金屬離子提供了一種新的材料。

2有機溶劑木質素吸附劑的性能測試

本研究分別對pH、吸附時間、金屬離子初始濃度三種影響有機溶劑木質素吸附效果的因素進行選擇優化。

2.1試驗材料、儀器與分析手段

（1）實驗材料與試劑

本實驗所用造紙黑液取自第一步蒸煮草漿之后，未經洗滌、篩選、漂白工序，主要成分為水、DMF和苯胺。

2.2有機溶劑木質素吸附劑吸附性能測試

由于重金屬能在土壤中累積，并且無法被微生物降解，不論用什么方法處理都不能把重金屬分解破壞，而只能轉移其存在位置并改變其物理、化學形態，因此重金屬是一種永久性的污染物。目前常用的重金屬廢水處理方法有沉淀法、離子交換法和吸附法等。其中吸附法處理重金屬廢水具有適應范圍廣、處理效果好、可回收有用金屬、吸附劑價格便宜以及吸附劑可重復使用等優點。

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本部分采用有機溶劑木質素對Pb2+、Cu2+、Cd2+三種金屬離子進行吸附處理，綜合探討各種因素對吸附效果的影響，然后測定了有機溶劑木質素的靜態吸附效果和等溫吸附。

（1）吸附條件的選擇

2.4靜態解吸再生實驗

解吸再生指在吸附劑結構不發生或者稍微發生變化的情況下將被吸附的物質從吸附劑上去除，恢復其吸附性能，以便重復使用。因此，解吸再生效率是吸附劑的重要性能之一。本文以Cu2+和Pb2+為吸附質，進行靜態法解吸再生實驗。

解析條件：解吸溫度20℃；木質素濃度2.0g·L-1；解吸pH值為6；解吸時間為10min。再生吸附條件：吸附溫度20℃；吸附劑濃度2.0g·L-1；吸附pH值為6；吸附時間為2.5h。由表2-2結果可以看出，用濃度為0.1mol·L-1的HCl溶液對吸附后的有機溶劑木質素處理僅10min后，木質素對Cu2+和Pb2+的解析率分別為33.19%和71.8%，說明有機溶劑木質素可以有很好的解吸效果。解吸后的木質素對1mmol·L-1的Cu2+和Pb2+的吸附率高達82.06%和93.63%，說明有機溶劑木質素有非常好的再生能力。

2.5等溫吸附實驗

應用于描述液-固體系吸附的等溫式中，常見的有Langmuir吸附等溫式、Freundlich吸附等溫式和B.E.T.吸附等溫式等。其中，Langmuir吸附溫式和Freundlich吸附等溫式適用于單組分吸附體系，而B.E.T.吸附等溫式用于多組分吸附體系。因此，本研究采用Langmuir和Freundlich吸附等溫式來解釋有機溶劑木素吸附劑的吸附情況。經對比，認為以Langmuir吸附等溫式比Freundlich吸附等溫式回歸更適合于吸附曲線的數學表達，同時也表明了上述2種金屬離子在木質素吸附劑上的吸附符合Langmuir吸附等溫式和Freundlich吸附等溫式。由圖2-4可見，有機溶劑木質素吸附劑對重金屬離子的吸附過程用Langmuir等溫方程可以很好地描述，金屬離子在吸附劑上的吸附呈單分子層形式。由圖2-5可見，用Freundlich吸附模式也能很好地描述金屬離子Cu2+在吸附劑上的吸附規律。

3 結論

本實驗黑液來自于以秸稈為原料的制漿黑液，利用混凝沉淀法將有機溶劑木質素從體系中分離，制備出原生有機溶劑木質素吸附劑，用靜態吸附法和等溫吸附實驗研究了有機溶劑木質素吸附劑的吸附性能，并對影響吸附效果的因素進行了選擇優化，得出以下結論：

（1）對pH、吸附時間、吸附質初始濃度三種影響木質素吸附劑吸附效果的因素進行了選擇優化。實驗結果表明，pH值越大、吸附時間越長、吸附質初始濃度越高，有機溶劑木質素的吸附效果越好。

（2）有機溶劑木質素吸附劑對金屬離子的靜態吸附實驗表明，木質素吸附劑對Cu2+、Pb2+和Cd2+具有很好的吸附效果，在實驗條件下，對上述金屬立足的靜態吸附量分別達到了27.42 mg·g-1、99.5 mg·g-1、32.7 mg·g-1。并且具有很好的解吸再生能力，用濃度為0.1mol·L-1的HCl溶液對吸附后的有機溶劑木質素處理僅10min后，木質素對Cu2+和Pb2+的解析率分別為33.19%和71.8%，解吸后的木質素對1mmol·L-1的Cu2+和Pb2+的吸附率高達82.06%和93.63%。

（3）有機溶劑木質素吸附劑的靜態等溫吸附符合Langmuir和Freundlich吸附等溫式。對Cu2+和Pb2+分別用Langmuir吸附等溫式進行分析，相關系數達到了0.9997和0.9986，計算得出二者的飽和吸附量分別為123.46mg·g-1和1122.36mg·g-1，平衡參數RL值都小于0.5，說明木質素吸附劑對以上Cu2+和Pb2+具有很好的吸附效果。對Cu2+和Pb2+分別用Freundlich吸附等溫式進行分析，相關系數為0.9756和0.7166。