疏基乙酸改性花生殼對(duì)銅、鋅、鉛的吸附性能研究

黃冬蘭,王　齊,王超凡

(韶關(guān)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,廣東韶關(guān) 512005)

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疏基乙酸改性花生殼對(duì)銅、鋅、鉛的吸附性能研究

黃冬蘭,王齊,王超凡

(韶關(guān)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,廣東韶關(guān) 512005)

以廢棄花生殼(PS)為原料,利用疏基乙酸對(duì)其進(jìn)行改性制得新型的花生殼生物吸附劑(MPS),研究其對(duì)重金屬離子Cu2+、Zn2+、Pb2+的吸附性能,并考察了溶液pH、吸附溫度、吸附時(shí)間和金屬離子初始濃度對(duì)MPS吸附性能的影響。通過(guò)測(cè)定化學(xué)需氧量(COD)、傅里葉紅外光譜圖(FTIR)和掃描電鏡(SEM)對(duì)改性前后花生殼粉進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。結(jié)果表明,Cu2+、Zn2+、Pb2+在改性花生殼上的吸附速率快,40 min基本達(dá)到吸附平衡,吸附過(guò)程均符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。MPS對(duì)Cu2+、Zn2+、Pb2+的吸附等溫線用Langmuir方程擬合的相關(guān)系數(shù)分別為0.9724,0.9733和0.9501,優(yōu)于Freundlich方程的擬合結(jié)果,表明吸附均為單分子層吸附。MPS對(duì)Cu2+、Zn2+、Pb2+的飽和吸附量分別為37.88、44.84、125.0 mg/g,均高于未改性花生殼。改性后的花生殼生物吸附劑對(duì)于Cu2+、Zn2+、Pb2+的吸附可以再生重復(fù)使用至少10次。因此,巰基乙酸改性制得的花生殼吸附劑對(duì)銅、鋅、鉛有良好的吸附性能。

改性花生殼,吸附,重金屬,解吸附

當(dāng)前,重金屬離子是主要的污染物之一,它不僅不利于水生生物的生長(zhǎng),還會(huì)通過(guò)生物鏈富集進(jìn)入人體,進(jìn)而嚴(yán)重威脅人體健康,因此,重金屬?gòu)U水的處理已引起全世界的普遍重視。去除水中重金屬離子的方法有很多,傳統(tǒng)的方法主要有化學(xué)沉淀法、離子交換法、電解法、膜分離法等[1]。離子交換法、電解法和膜分離法處理成本高,沉淀法雖然成本較低但會(huì)產(chǎn)生二次污染。近年來(lái),農(nóng)林廢棄物作為吸附劑去除水中重金屬?gòu)V泛引起了研究者的關(guān)注,香蕉皮、稻殼、竹粉和白果殼等農(nóng)林廢棄物經(jīng)過(guò)化學(xué)改性可制得吸附性能良好的生物吸附劑[2-5]。

花生是我國(guó)主要油料作物和經(jīng)濟(jì)作物之一,截至2013年,花生的種植面積達(dá)到4632.99千公頃,總產(chǎn)達(dá)1697.22萬(wàn)噸[6]。FAOSTAT(糧農(nóng)組織總的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù))顯示,中國(guó)是世界上最大的花生生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)[6]。花生在加工過(guò)程中每年產(chǎn)生大量的花生殼,但花生殼一般僅用作燃料或直接作廢物處理,利用率較低且造成環(huán)境污染。花生殼富含木質(zhì)素、半纖維素和纖維素,三者約占花生殼質(zhì)量的75%～80%[7],這些成分含有大量的羧基、羥基、氨基等活性基團(tuán),可以通過(guò)離子交換、螯合等方式吸附重金屬離子,故對(duì)重金屬離子具有很好的吸附潛能。但天然花生殼的功能團(tuán)含量較少,吸附能力有限,必須通過(guò)化學(xué)改性來(lái)增加吸附金屬離子能力強(qiáng)的活性基團(tuán),如羧基、羥基、酚羥基等,以提高其吸附能力[8]。本文以花生殼粉為原料,利用疏基乙酸對(duì)花生殼進(jìn)行改性制得新型花生殼生物吸附劑(MPS),并研究其對(duì)重金屬離子Cu2+、Zn2+、Pb2+的吸附性能。同時(shí)考察溶液pH、吸附溫度、吸附時(shí)間和金屬初始濃度等因素對(duì)吸附過(guò)程的影響,分析生物吸附動(dòng)力學(xué)和等溫方程,期望為改性花生殼生物吸附劑在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

試劑:Cu、Zn、Pb標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(1 g/L)購(gòu)自北京有色金屬研究總院;HCl、乙醇、NaOH和巰基乙酸等均為分析純,實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

實(shí)驗(yàn)用花生殼在韶關(guān)市曲江區(qū)馬壩鎮(zhèn)石堡村采摘新鮮花生,去花生米后,將花生殼置于清水中浸泡24 h,除去花生殼表面的灰土浮塵,再用蒸餾水多次沖洗至干凈后,將其放在烘箱中于70 ℃烘干至恒重,粉碎過(guò)篩后過(guò)得100目篩,得到花生殼樣品(PS)。

Nicolet iS10傅里葉變換紅外光譜儀賽默飛世爾科技有限公司;AA-7000原子吸收分光光度計(jì)島津國(guó)際貿(mào)易有限公司;JSM-6360LV 掃描電鏡儀日本電子株式會(huì)社;恒溫振蕩器金壇市晶玻實(shí)驗(yàn)儀器廠;pHS-3C酸度計(jì)上海精密科學(xué)儀器有限公司;DFT-50中藥粉碎機(jī)溫嶺市林大機(jī)械有限公司;LD-UPW超純水機(jī)礫鼎水處理設(shè)備有限公司。

1.2改性花生殼生物吸附劑的制備

改性花生殼生物吸附劑的制備參照文獻(xiàn)[9],取50 g粉碎后的花生殼(PS)于燒杯,加入250 mL無(wú)水乙醇和250 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的NaOH溶液,在室溫下浸泡24 h,抽濾并用超純水洗至pH接近中性,將乙醇-氫氧化鈉改性的花生殼置于70 ℃左右的鼓風(fēng)干燥箱中烘24 h,再取30 g乙醇-NaOH預(yù)處理的花生殼于燒杯中,用體積分?jǐn)?shù)為1%的巰基乙酸1000 mL浸泡攪拌24 h,然后用超純水洗至中性,抽濾,將疏基乙酸改性的花生殼于70 ℃左右的干燥箱中烘24 h。粉碎機(jī)粉碎后過(guò)100目篩,所得花生殼吸附劑簡(jiǎn)寫為MPS。

1.3吸附實(shí)驗(yàn)

在水浴恒溫振蕩器中進(jìn)行靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)[9]。分別在100 mL具塞錐形瓶中加入一定量的改性花生殼生物吸附劑及Cu2+、Zn2+、Pb2+標(biāo)準(zhǔn)溶液,調(diào)節(jié)溶液pH,密封瓶口以防實(shí)驗(yàn)過(guò)程中瓶?jī)?nèi)液體飛濺出來(lái)而使體積發(fā)生變化。將錐形瓶放入一定溫度的水浴恒溫振蕩器中振蕩吸附一定時(shí)間后過(guò)濾、定容。用火焰原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定濾液中金屬離子的平衡質(zhì)量濃度。吸附量(q)和吸附率(Ra)計(jì)算式如下:

式(1)

式(2)

式中：V表示溶液體積(mL);ρ0和ρe分別表示Cu2+、Zn2+、Pb2+的初始質(zhì)量濃度和平衡質(zhì)量濃度(mg·L-1);m表示所用生物吸附劑的質(zhì)量(mg)。

1.4數(shù)據(jù)處理

1.4.1吸附動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法在吸附動(dòng)力學(xué)的研究中,通常用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬,分析重金屬離子濃度隨吸附時(shí)間的變化關(guān)系。若吸附過(guò)程遵循二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程,則其吸附速率被化學(xué)吸附所控制[10]。二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程[11]為:

式(3)

式中:qe-平衡時(shí)的吸附量,mg/g;qt-吸附時(shí)間為tmin時(shí)生物吸附劑對(duì)金屬離子的吸附量,mg·g-1;k2-準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程的速率常數(shù),其單位為g·mg-1·min-1。

1.4.2等溫吸附的計(jì)算方法在等溫條件下,常用Langmuir[12]和Freundlich[13]方程表征吸附劑表面的吸附現(xiàn)象以及吸附量與溶液平衡濃度的關(guān)系。若吸附過(guò)程符合Langmuir等溫吸附方程,則該吸附過(guò)程為單分子層吸附;反之,若吸附過(guò)程符合Freundlich等溫吸附方程,則該吸附過(guò)程為多分子層吸附[14]。Langmui和Freundlich方程表達(dá)式如式(4)和式(5):

式(4)

式中:Ce-吸附平衡時(shí)溶液中剩余的金屬離子的濃度,mg/L;qe-吸附平衡時(shí)吸附劑對(duì)金屬離子的吸附量,mg/g;qm-吸附劑的最大理論吸附量,mg/g;b-Langmuir常數(shù),L/mg。

式(5)

式中:KF-與吸附能有關(guān)的常數(shù);n-與反應(yīng)鍵能有關(guān)的常數(shù)。

2　結(jié)果與討論

2.1化學(xué)需氧量

化學(xué)需氧量的測(cè)定參照國(guó)標(biāo)GB11914-89[15]。步驟如下:在最佳吸附條件下,分別采用未改性花生殼PS和巰基改性花生殼MPS處理相同水樣,過(guò)濾,參照國(guó)標(biāo)GB11914-89中的重鉻酸鉀法測(cè)定水樣的COD。測(cè)定結(jié)果如表1所示,改性后的花生殼吸附各金屬離子溶液后的溶液與未改性的相比,COD明顯降低,從而說(shuō)明用改性的花生殼吸附各金屬離子溶液后的溶液不會(huì)產(chǎn)生二次污染。

表1　改性前后溶液的COD(mg O2/L)

2.2改性前后花生殼的紅外光譜比較

PS和MPS的紅外光譜圖如圖1所示。PS主要成分有木質(zhì)素、半纖維素和纖維素等。參考文獻(xiàn)[16-19],對(duì)PS的光譜特征峰進(jìn)行歸屬分析,3384 cm-1寬強(qiáng)峰為羥基(-OH)的伸縮振動(dòng)吸收峰,2929 cm-1為甲基和亞甲基中C-H伸縮振動(dòng)峰,1735 cm-1為羧基(-COOH)、酮羰基(-C=O)和酯羰基(-COOCH3)中C=O的伸縮振動(dòng)峰,1635 cm-1和1424 cm-1為共軛羰基C=O的伸縮振動(dòng)峰,1373 cm-1是C-H彎曲振動(dòng)峰,1264 cm-1為脂肪酸族振動(dòng)峰可能來(lái)自于羧酸和酚類化合物中C=O鍵的變形振動(dòng)和-OH鍵的伸縮振動(dòng),1102、1056、1032 cm-1等則為糖苷類的C-O的伸縮振動(dòng)峰。

圖1　PS(a)和MPS(b)的紅外光譜圖Fig.1　FTIR spectra of PS(a)and MPS(b)

比較MPS和PS的紅外光譜圖可發(fā)現(xiàn),天然花生殼經(jīng)巰基乙酸改性后,結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,譬如,天然花生殼的1735 cm-1羰基C=O峰經(jīng)巰基乙酸改性后消失了,1635 cm-1共軛羰基C=O峰減弱且藍(lán)移到了1646 cm-1波長(zhǎng)處,1264 cm-1附近的脂肪酸振動(dòng)峰藍(lán)移到了1267 cm-1處,并在1229 cm-1處出現(xiàn)了明顯的小峰,說(shuō)明花生殼上的羥基與巰基乙酸發(fā)生反應(yīng)生成了酯。MPS中1229、1157 cm-1分別為C=S和S-C-S的伸縮振動(dòng)峰。進(jìn)一步通過(guò)元素分析比較MPS和PS中硫的含量,發(fā)現(xiàn)PS為0.42%,而MPS為0.72%,這說(shuō)明-SH已成功接到花生殼表面。

2.3掃描電鏡分析

圖2為PS和MPS的掃描電鏡圖。從圖中可以看出:經(jīng)巰基乙酸改性后的MPS的表面比未改性的PS變得更為粗糙、疏松、多孔,使得更多的活性官能團(tuán)暴露在吸附劑表面,更有利于吸附過(guò)程的進(jìn)行。

圖2　PS(a)和MPS(b)的SEM圖(×200)Fig.2　SEM images of PS(a)and MPS(b)(×200)

2.4溶液中初始pH對(duì)吸附效果的影響

圖3所示為pH對(duì)MPS吸附Cu2+、Zn2+、Pb2+的影響。從圖中可看出,Cu2+、Zn2+、Pb2+溶液的吸附率受pH的影響大,在pH為2.5時(shí),Cu2+、Zn2+、Pb2+的溶液的吸附率均很低;pH<5.0時(shí),隨著pH的增加,吸附率也隨著增大;當(dāng)pH>5.0時(shí),吸附趨于平衡,Cu2+、Zn2+、Pb2+最大吸附率分別為98.49%、98.49%、97.56%。這可能是因?yàn)楫?dāng)溶液pH較低時(shí),溶液中的H+濃度較高,會(huì)與金屬離子存在競(jìng)爭(zhēng)吸附從而降低了對(duì)金屬離子的吸附[20];而當(dāng)pH較高時(shí),溶液中OH-的濃度隨之增加,金屬離子將與OH-生成沉淀,這就會(huì)使吸附效果減弱。為了避免因pH太高使得各金屬離子變成沉淀,因此實(shí)驗(yàn)pH確定為5.0。

圖3　溶液中pH對(duì)MPS吸附離子的影響Fig.3　Effect of pH value on adsorption of heavy metals on MPS注：C(Cu2+)=50 mg/L,C(Zn2+)=25 mg/L,C(Pb2+)=150 mg/L,吸附劑量：0.05 g/10 mL,溫度：30 ℃，時(shí)間：2 h。

2.5吸附溫度對(duì)吸附效果的影響

圖4所示為溫度對(duì)MPH吸附Cu2+、Zn2+、Pb2+的影響。從圖4可看出,溫度對(duì)MPS吸附Pb2+溶液的吸附性能影響很小,在30～90 ℃溫度范圍內(nèi),吸附率均在95%以上,說(shuō)明MPS吸附過(guò)程可能為化學(xué)吸附;而MPS對(duì)Cu2+的吸附率隨著溫度升高略有降低;但溫度對(duì)MPS吸附Zn2+溶液的吸附性能影響較大,在30～90 ℃溫度范圍內(nèi),其吸附率從95.55%降為82.59%。這說(shuō)明MPS對(duì)Cu2+、Zn2+的吸附可能是一種放熱反應(yīng)。因此,確定此后實(shí)驗(yàn)在30 ℃下進(jìn)行。

圖4　吸附溫度對(duì)MPS吸附的影響Fig.4　Effect of temperature on adsorption of heavy metals on MPS注：C(C2+)=50 mg/L,C(Zn2+)=25 mg/L,C(Pb2+)=150 mg/L,吸附劑量：0.05 g/10 mL,pH=5.0,時(shí)間:2 h。

2.6吸附動(dòng)力學(xué)

圖5所示為30 ℃條件下吸附時(shí)間對(duì)MPS吸附Cu2+、Zn2+、Pb2+的影響。可以看出,MPS對(duì)Cu2+、Zn2+、Pb2+的吸附,在0～20 min內(nèi),吸附速率很快;隨著時(shí)間增加,吸附率增大,在40 min時(shí),吸附基本達(dá)到平衡,因此吸附時(shí)間為40 min。按式3對(duì)圖6數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)的模擬,結(jié)果如圖6和表2所示。從表2實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以看出,各種金屬的準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)參數(shù)中的相關(guān)系數(shù)均為1,且qe理論值與實(shí)驗(yàn)值相差很小,這說(shuō)明了吸附過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)機(jī)理,且吸附速率受化學(xué)吸附所控制。

表2　MPS對(duì)Cu2+、Zn2+和Pb2+準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)參數(shù)

表3　PS和MPS吸附重金屬的等溫線參數(shù)

圖5　時(shí)間對(duì)MPS吸附離子的影響Fig.5　Effect of time on adsorption of heavy metals on MPS注：C(Cu2+)=50 mg/L,C(Zn2+)=25 mg/L,C(Pb2+)=150 mg/L,吸附劑量：0.05 g/10 mL,溫度：30 ℃,pH=5.0。

圖6　MPS吸附重金屬離子的準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)圖Fig.6　Pseudo-second-order plot

2.7吸附等溫線

圖7所示為MPS對(duì)Cu2+、Zn2+、Pb2+的吸附等溫線。從圖7可以看出,平衡吸附量是隨著金屬離子濃度的增大而增加。采用Langmuir(式4)和Freundlich(式5)吸附等溫式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,擬合結(jié)果的相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表3。相比之下,Langmuir等溫方程擬合線性關(guān)系更好,表明吸附過(guò)程均屬于單分子層吸附。從表3還可看出,MPS對(duì)Cu2+、Zn2+、Pb2+的最大吸附容量分別為37.88、44.84、125.0 mg/g,高于PS對(duì)Cu2+、Zn2+、Pb2+的最大吸附容量22.46、29.46和65.39 mg/g,說(shuō)明改性后的花生殼對(duì)金屬離子的結(jié)合性增強(qiáng)。

表5　MPS對(duì)實(shí)際廢水中Cu2+、Pb2+、Zn2+的去除結(jié)果

圖7　MPS吸附各重金屬離子的吸附等溫線Fig.7　Adsorption isotherm of Cu2+,Zn2+and Pb2+ on MPS注：吸附劑量：0.05 g/10 mL,pH=5.0,溫度：30 ℃,時(shí)間:40 min。

與其他農(nóng)林廢棄物生物吸附劑相比(見(jiàn)表4),MPS對(duì)重金屬離子的吸附能力更強(qiáng)。MPS對(duì)Cu2+、Zn2+、Pb2+的吸附機(jī)理可用下式表示:

表4　不同吸附劑吸附能力的比較

吸附劑qm(mg/g)Cu2+Zn2+Pb2+文獻(xiàn)稻谷殼10.908.1458.1[21]玉米淀粉8.586.8628.8[22]野燕麥22.9023.40111[23]玉米芯35.4610.2134.13[24]甜菜渣21.1617.7873.76[25]PS22.4629.4665.39本文MPS37.8844.84125.0本文

2.8吸附解吸附實(shí)驗(yàn)

為了實(shí)現(xiàn)改性花生殼重復(fù)利用,并且不造成改性花生殼的浪費(fèi)和環(huán)境污染,用鹽酸把所吸附的離子解析出來(lái),就是用鹽酸的H+把金屬離子置換出來(lái),把解析烘干的MPS對(duì)各金屬離子再次吸附。從圖8所示,經(jīng)過(guò)10次吸附循環(huán)后,MPS對(duì)Cu2+、Zn2+、Pb2+的吸附率一直維持在94%、88%、94%以上,說(shuō)明該生物吸附劑再生性能好,至少可重復(fù)使用10次。

圖8　改性花生殼吸附對(duì)各重金屬的循環(huán)吸附實(shí)驗(yàn)Fig.8　Adsorption-desorption cycles for MPS注:pH5.0, CCu(II)=50 mg/L,CZn(II)=25 mg/L,CPb(II)=150 mg/L,biosorbent dosage:0.05 g/10 mL,溫度:30 ℃,吸附時(shí)間:40 min,解析時(shí)間:3 h。

2.9實(shí)際廢水吸附實(shí)驗(yàn)

為了更好突顯改性花生殼對(duì)各重金屬的吸附效果,取韶關(guān)地區(qū)某冶煉廠的廢水,用改性的花生殼對(duì)該廢水進(jìn)行吸附,加入吸附劑0.1 g,調(diào)節(jié)pH為5.0左右,于30 ℃下恒溫振蕩40 min,測(cè)定吸附后廢水中Cu2+、Pb2+、Zn2+主要金屬離子的含量。吸附后,廢水中Cu2+、Pb2+、Zn2+的濃度均符合國(guó)家污水排放標(biāo)準(zhǔn),結(jié)果見(jiàn)表5。

3　結(jié)論

以廢棄花生殼為原料,利用疏基乙酸對(duì)花生殼進(jìn)行改性,制成新型的吸附劑MPS,并研究了其對(duì)Cu2+、Zn2+、Pb2+的吸附特性。紅外光譜和掃描電鏡表征結(jié)果表明花生殼經(jīng)巰基乙酸改性后比表面積增大,有效官能團(tuán)增加,吸附性能增強(qiáng)。吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Cu2+、Zn2+、Pb2+在MPS的吸附過(guò)程可用準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型描述(R2=1)。在最優(yōu)條件下,MPS對(duì)Cu2+、Zn2+、Pb2+的最大吸附容量分別為37.88、44.84、125.0 mg/g,高于PS對(duì)Cu2+、Zn2+、Pb2+的最大吸附容量22.46、29.46、65.39 mg/g。且吸附過(guò)程符合Langmuir等溫方程,為單分子層吸附。改性花生殼對(duì)各重金屬離子吸附均為化學(xué)吸附。該研究對(duì)丟棄的花生殼的有效綜合利用與對(duì)含重金屬的廢水處理研究有參考的價(jià)值。

[1]佟玉衡,實(shí)用廢水處理技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1998.

[2]Liu Z N,Liu Y M,Chen L,et al. Performance study of heavy metal ion adsorption onto microwave-activated banana peel[J]. Desalination and Water Treatment,2014,52:7117-7124.

[3]Yadav D,Kapur M,Kumar P,et al. Adsorptive removal of phosphate from aqueous solution using rice husk and fruit juice residue[J]. Process Safety Environmental protection,2015,(94):402-409.

[4]Alidoust D,Kawahigashi M,Yoshiwa S J,et al. Mechanism ofcadmium biosorption from aqueous solutions using calcined oyster shells[J].Journal of Environmental Management,2015,150:103-110.

[5]蘇鵑,伍鈞,楊剛,等. 改性白果殼對(duì)水溶液總重金屬鎘的吸附研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2014,33(6):1218-1225.

[6]張怡. 中國(guó)花生生產(chǎn)布局變化研究[D].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),2015.

[7]俞力家,李強(qiáng),王天貴. 花生殼粉末活性炭成型工藝研究[J]. 化學(xué)工程師,2010,182(11):13-14,33.

[8]黃翔,宗浩,陳文祥,等. 花生殼對(duì)水溶液中銅離子的吸附特性[J]. 四川師范大學(xué)學(xué)報(bào),2007,30(3):380-383.

[9]郭學(xué)益,梁莎,馮寧川,等. 巰基乙酸改性橘子皮對(duì)Cu2+的吸附性能[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2009,29(9):1905-1910.

[10]郭學(xué)益,梁莎,肖彩梅,等.MgCl2改性柑橘皮對(duì)水溶液中重金屬離子的吸附性能[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào),2011,21(9):2270-2276.

[11]Ho Y S,Mckay G. The Kinetics of sorption of basic dyes from aqueous solution by sphagnum moss peat[J].Can J Chem Eng,1998,76(4):822-827.

[12]Langmuir I. The adsorption of gases on plane surfaces of glass,mica and platinum[J].Journal of American Chemistry Society,1981,40(9):1361-1403.

[13]Freunlich H M F. Uber die adsorption in Losungen[J]. Z Phys Chem,1906,57:385-470.

[14]孟啟,舒斌斌,周峰,等.胺化聚苯乙烯樹(shù)脂的制備及吸附對(duì)硝基酚[J]. 化工進(jìn)展,2015,34(6):1714-1719.

[15]GB 11914-89,化學(xué)需氧量的測(cè)定-COD標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定法[S].

[16]劉文霞,李佳昕,王俊麗,等. 改性泡桐樹(shù)葉吸附劑對(duì)水中鉛和鎘的吸附特性[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2014,33(6):1226-1232.

[17]郭學(xué)益,肖彩梅,梁莎,等. 改性柿子粉吸附劑對(duì)Cd2+的吸附性能[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào),2012,43(2):412-416.

[18]蘇鵑,伍鈞,楊剛,等. 改性白果殼對(duì)水溶液總重金屬鎘的吸附研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2014,33(6):1218-1225.

[19]彭小明,傅大放,秦慶東. 竹炭表面改性對(duì)兩種抗生素吸附性能的影響[J]. 東南大學(xué)學(xué)報(bào),2014,44(6):1271-1276.

[20]Khormaei M,Nasemejad B,Edrisi M. Copper biosorption from aqueous solutions by sour orange residues[J]. Journal of Hazardous Materials,2007,149(2):269-274.

[21]Krishnani K K,Meng X,Christodoulatos C,et al. Biosorption mechanism of nine different heavy metals onto biomatrix from rice husk[J]. Journal of Hazardous Materials,2008,153(3):1222-1234.

[22]Kweon D K,Choi J K,Kim E K,et al. Adsorption of divalent metal ions by succinylated and oxidized corn starches[J]. Carbohydrate Polymer,2001,46(2):171-177.

[23]Areco M M,Saleh-Medina L,Trinelli M A,et al. Adsorption of Cu(II),Zn(II),Cd(II)and Pb(II)by dead Avena fatuabiomass and the effect of these metals on their growth[J]. Colloids and Surfaces B,2013,(110):305-312.

[24]Vaughan T,Seo C W,Marshall W E. Removal of selected metal ions from aqueous solution using modified cornbobs[J]. Bioresource Technology,2001,78(2):133-139.

[25]Reddad Z,Gernte C,Andres Y,et al. Adsorption of several metal ions onto a low-cost bisorbent:kinetic and equilibrium studies[J]. Environmental Science and Technology,2002,36(9):2067-2073.

Adsorption properties of Cu2+,Zn2+and Pb2+by mercapto-acetic acid modified peanut shell

HUANG Dong-lan,WANG Qi,WANG Chao-fan

(College of Chemistry and Environmental Engineering,Shaoguan University,Shaoguan 512005,China)

The peanut shell powder(PS)was used as raw material to prepare peanut shell biosorbent MPS by chemical modification with mercapto-acetic acid(C2H4O2S). The adsorption behavior of Cu2+,Zn2+and Pb2+in aqueous solution on MPS was investigated. The effects of solution pH,adsorption temperature,adsorption time and metal ion concentration were considered. In addition,the biosorbent was characterized by measuring Chemical Oxygen Demand(COD),Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR)and scanning electron microscope(SEM).The results showed that the adsorption of Cu2+,Zn2+and Pb2+on MPS were rapid and can attain equilibrium with 40 min. Moreover,the dynamic adsorption data could be well fitted by pseudo-second order kinetics. The isothermal adsorption of Cu2+,Zn2+and Pb2+can well described by Langmuir models,and the correlation coefficients obtained from the Langmuir equations were 0.9724,0.9733 and 0.9501. Furthermore,the maximum adsorption capacities of Cu2+,Zn2+and Pb2+by MPS were 37.88,44.84,125.0 mg/g,respectively,which were higher than that of PS. The MPS could be recycled for ten times when it was used to adsorb Cu2+,Zn2+and Pb2+. Consequently,the adsorption properties of modified peanut shell biosorbent(MPS)for Cu2+,Zn2+and Pb2+were favorable.

modified peanut shell;adsorption;heavy metals;desorption

2016-03-01

黃冬蘭(1983-)，女，碩士，講師，研究方向：從事環(huán)境分析化學(xué)研究，E-mail:lantern1227@163.com。

廣東省教育廳特色創(chuàng)新項(xiàng)目(自然科學(xué)類)(2014KTSCX169)；韶關(guān)學(xué)院校級(jí)科研項(xiàng)目(S201501028);2014年廣東省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)立項(xiàng)項(xiàng)目(201410576051)資助。

TS255

A

1002-0306(2016)17-0075-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.17.006