兩種吸附法去除模擬廢水中Pb2+的實驗對比

潘沛玲

摘 要： 比較了活性炭吸附法和改性柚子皮吸附法對廢水中鉛的去除能力。實驗結果表明， 活性炭吸附法對廢水中鉛的去除率為93.3%，耗時40 min；改性柚子皮吸附法對廢水中鉛的去除率為87.2%，耗時90 min。活性炭吸附法比改性柚子皮吸附法的耗時少，對廢水中鉛的去除率更高。但活性炭吸附法的處理成本比較高，利用改性后的柚子皮對重金屬進行處理，可以變廢為寶，具有環保和經濟雙重效益。

關 鍵 詞：活性炭；改性柚子皮；吸附；鉛

中圖分類號：TQ 424 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2016）08-1700-04

Abstract： The removal abilities of lead in waste water by activated carbon adsorption and modified grapefruit peel adsorption method were compared. And effect of the addition amount of adsorbent， pH， time， temperature and particle size on the removal rate was investigated. The experimental results show that the removal rate of lead in waste water by activated carbon adsorption method is 93.3%， and the time is 40 min； the removal rate of lead in waste water by modified grapefruit peel adsorption method is 87.2%， the time is 90 min. But the cost of treating wastewater by active carbon adsorption is relatively high； application of modified grapefruit skin in treatment of heavy metals is environmental and economic.

Key words： activated carbon； modified grapefruit peel； adsorbent； lead

隨著工業化的不斷加快，大量含鉛廢水排入環境中，對環境造成極大的傷害。鉛是一種毒性很大的重金屬，會抑制動植物生長，危害動物及人類的健康[1，2]。因此，必須嚴格控制廢水中鉛的含量，減少其對環境的污染。常用的含鉛廢水處理方法主要有化學沉淀法、微電解法、膜分離法、離子交換法、生物吸附法、蒸發法等[3]。

研究最熱門的處理含重金屬廢水的方法是吸附法，吸附法的特點是：二次污染小，在污水處理中不會帶入新的污染物[4] 。本文將活性炭吸附法、改性柚子皮吸附法對廢水中鉛的去除效果進行對比。

1 實驗部分

1.1 材料

化學試劑：HCl、H2SO4 、NaOH、Na2S、ZnCl2、Pb（NO3）2均為分析純；活性炭；自制ZnCl2活化處理改性柚子皮。

1.2 儀器

50 mL具塞比色管、原子吸收分光光度計、YC-015實驗型噴霧干燥機、pHS-25CW實驗室pH計、恒溫水浴鍋HH-2、電子分析天平、分樣篩、SHA-C型恒溫振蕩器。

1.3 模擬Pb2+溶液的制備

鉛標準儲備液（1 mg/mL）：精密稱取1.598 0 g Pb（NO3）2于100 mL燒杯中，加入6 mol/L HNO3溶液10 mL，全部溶解后，轉入1 000 mL容量瓶中，加水稀釋至刻度，搖勻，備用。

硝酸鉛工作液（50 μg/mL）：用移液管移取5 mL的1 mg/mL的鉛標準儲備液于100 mL的容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻，備用。

2 實驗與討論

2.1 標準曲線的繪制

分別吸取0，1.0，2.0，4.0，6.0，8.0 mL硝酸鉛工作液于50 mL容量瓶中，加入6 mol/L HNO3溶液1 mL，加水稀釋至刻度，搖勻。在280 nm波長處測定吸光度，以濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制標準曲線。

2.2 活性炭吸附法

2.2.1 測定活性炭的吸附平衡時間

測定吸附平衡時間的方法是， 在50 μg/mL Pb2+廢水中加入一定比例活性炭振蕩，每隔10 min取出一定量水樣，測定鉛含量，當前后兩次測出水樣中鉛含量接近時，該時間可以看成活性炭處理廢水的吸附平衡時間[5]。吸附平衡時間受活性炭自身性質以及處理廢水性質影響。

取活性炭10 g， 加入250 mL錐形瓶內，往錐形瓶中加入100 mL 50 μg/ mL Pb2+廢水，在室溫條件下振蕩錐形瓶，每隔10 min分別取樣，經過離心機分離后取上清液再測定鉛含量。計算活化處理活性炭的吸附量。實驗結果如圖2所示。

從圖2可以看出，活性炭的吸附量隨時間的不斷增加而增加，當吸附時間超過40 min后，活性炭的吸附量隨時間的增長改變不大，也就是說吸附40 min后，活性炭的吸附量基本達到恒定。

2.2.2 活性炭的加入量對吸附的影響

分別往6個干凈的250 mL錐形瓶中加入100 mL 50 μg/mL Pb2+廢水，然后依次加入5、10、15、20、25、30 g活性炭。在室溫下振蕩至吸附平衡，分別取樣，經過離心機分離后再取上清液測定吸附后廢水中鉛含量，計算去除率。實驗結果表明隨著活性炭加入量的增加，活性炭對廢水中鉛的去除率也逐增大。當活性炭的加入量從0.05 g/mL增加到0.10 g/mL時，廢水中鉛的去除率由92.9%增加到95.8%。但當活性炭的加入量大于0.10 g/mL時，隨著活性炭加入量的增加廢水中鉛的去除率并沒有明顯的增加。這說明活性炭在達到吸附飽和之前，廢水中鉛的去除率隨著加入量的增加而增加。因此，活性炭的最適宜加入量為0.10 g/mL。

2.2.3 pH對活性炭吸附性能的影響

分別往5個250 mL干凈的錐形瓶中加入100 mL廢水水樣，利用H2SO4溶液和NaOH溶液將溶液的pH值分別調節至3.00、5.00、7.00、9.00、11.00，然后把10 g活化處理活性炭分別加入5個錐形瓶中，在室溫下振蕩至吸附平衡，分別取樣，經過離心機分離后再取上清液測定吸附后廢水中鉛含量，實驗結果如表1所示。

從實驗數據可以看出，在酸性條件下，pH值越大，廢水中鉛的去除率就越大，在中性或堿性條件下，廢水中鉛的去除率比較接近，所以活性炭吸附廢水中鉛的最佳pH為7。

2.2.4 活性炭顆粒大小吸附性能的影響

分別往5個干凈的錐形瓶中加入100 mL廢水水樣，把溶液的pH值調至7，然后分別往錐形瓶中加入10 g 80目、100目、120目、140目、160目的活性炭，在室溫下振蕩40 min至吸附平衡，分別取樣，經過離心機分離后再取上清液測定吸附后廢水中鉛含量，計算活性炭對廢水中鉛的去除率，實驗結果見表2所示。

從以上實驗數據可以得出，活性炭的粒徑越小，吸附效果更好。這是因為活性炭顆粒粒徑越小，孔隙擴散速度越快，活性炭的吸附性能越強[6]。從經濟效益以及其他影響因素考慮，選擇80目的活性炭。

2.2.5 活性炭吸附法去除廢水鉛實驗

分別往6個干凈的錐形瓶中加入100 mL廢水水樣，把溶液的pH值調至7，然后分別往錐形瓶中加入10 g 80目活性炭，在室溫下振蕩40 min至吸附平衡，分別取樣，經過離心機分離后再取上清液測定吸附后廢水中鉛含量，計算活性炭對廢水中鉛的去除率，實驗結果見表3所示。

2.3 改性柚子皮吸附法

2.3.1 時間對改性柚子皮吸附性能的影響

取改性柚子皮2 g，加入250 mL錐形瓶內，往錐形瓶中加入200 mL經稀釋后的廢水水樣，在室溫條件下振蕩錐形瓶，每隔30 min分別取樣，經過離心機分離后取上清液測定鉛含量。計算柚子皮的吸附量。實驗結果見表4所示。

從數據可以看出，柚子皮的吸附量隨時間的不斷增加而增加，當吸附時間超過90 min后，吸附量隨時間的增長改變不大，也就是說吸附90 min后，柚子皮的吸附量基本達到恒定。

2.3.2 改性柚子皮的加入量對吸附性能的影響

分別往5個干凈的250 mL錐形瓶中加入100 mL廢水水樣，然后依次加入1、2、3、4、5 g改性柚子皮。在室溫下振蕩吸附90 min后，分別取樣，經過離心機分離后再取上清液測定吸附后廢水中鉛含量，計算去除率。實驗結果見表5所示。

在本實驗條件下柚子皮的最適宜加入量為0.01 g/mL。

2.3.3 pH對改性柚子皮吸附性能的影響

分別往5個250 mL干凈的錐形瓶中加入100 mL廢水水樣，利用H2SO4溶液NaOH溶液將溶液的pH值分別調節至1.00、3.00、5.00、7.00、9.00，然后把1 g處理后的柚子皮分別加入5個錐形瓶中，在室溫下振蕩至吸附90 min，分別取樣，經過離心機分離后再取上清液測定吸附后廢水中鉛含量，實驗結果如圖3所示。

從實驗數據可以看出，在pH值為7時，柚子皮對廢水鉛的吸附能力最大。

2.3.4 柚子皮顆粒大小對吸附性能的影響

分別往5個干凈的錐形瓶中加入100 mL廢水水樣，把溶液的pH值調至7，然后分別往錐形瓶中加入1 g 20目、40目、60目、80目、100目的柚子皮，在室溫下振蕩至吸附平衡，分別取樣，經過離心機分離后再取上清液測定吸附后廢水中鉛含量，計算柚子皮對廢水中鉛的去除率，實驗結果見表6所示。

從以上實驗數據可以得出，柚子皮的粒徑越大，吸附效果越好。當柚子皮的粒徑為100目時，吸附率接近最大值。

2.3.5 改性柚子皮吸附法去除廢水鉛實驗

分別往6個干凈的錐形瓶中加入100 mL廢水水樣，把溶液的pH值調至7， 然后分別往錐形瓶中加入1 g 100目柚子皮，在室溫下振蕩90 min至吸附平衡，分別取樣，經過離心機分離后再取上清液測定吸附后廢水中鉛含量，計算改性柚子皮對廢水中鉛的去除率，實驗結果見表7所示。

3 結 論

活性炭吸附法比改性柚子皮吸附法的耗時少，對廢水中鉛的去除率更高，達93.3%。但改性柚子皮吸附法對廢水中鉛的去除率也達87.2%。活性炭吸附法的處理成本比較高[7] ，利用改性后的柚子皮對重金屬進行處理，可以變廢為寶，具有環保和經濟雙重效益[8]。

參考文獻：

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