銅離子在生物質杏殼炭表面的吸附特性研究

李 惠，陶先兵，吳光前，江姝瑤，趙金君

（1.江蘇道科環境科技有限公司，江蘇南京210015；2.南京林業大學生物與環境科學系，江蘇南京210037）

銅離子在生物質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.江蘇道科環境科技有限公司，江蘇南京210015；2.南京林業大學生物與環境科學系，江蘇南京210037）

探討了5℃、25℃和35℃三種不同溫度下生物質杏殼炭投加量、溶液pH、吸附時間、銅離子初始質量濃度等因素對生物質杏殼炭吸附銅離子效果的影響。實驗結果表明：在35℃下，生物質杏殼炭投加量為300mg，溶液pH為6.0，吸附時間為360min，銅離子初始濃度25mg/L時，生物質杏殼炭對銅離子的去除率為93.70%；生物質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。

生物質杏殼炭；銅離子；吸附特性

目前國內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，所以得到廣泛的運用。

生物質杏殼炭具有豐富的孔隙結構、較大的比表面積、一定的持水性和表面豐富的官能團，使它在許多領域有著廣泛的應用前景。目前它的應用研究主要集中在農業和環境領域［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、生物質杏殼炭（經粉碎機粉碎以及不同目數分子篩篩選后備用）。

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

1.2 實驗方法

取一定量的生物質杏殼炭置于66mL的透明密封塑料藥瓶中，加入一定質量濃度的配制好的銅離子溶液，直至加滿為止。在35℃，轉速80rmp的條件下，放入全溫搖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杏殼炭的吸附量。

1.3 分析方法

銅離子質量濃度用原子吸收分光光度計測定；pH用pH計測定。

2 結果與討論

2.1 生物質杏殼炭投加量對銅離子去除率的影響

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

2.2 溶液pH對銅離子去除率的影響

當銅離子初始質量濃度為25mg/L，生物質杏殼炭投加量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；當溶液pH為6.0時，銅離子去除率達最大值93.70%。

2.3 銅離子初始質量濃度對銅離子去除率的影響

圖1 35℃下生物質杏殼炭對銅離子的投加量-去除效率關系圖

當生物質杏殼炭投加量300mg、吸附時間為8h時，溶液pH為6.0時，銅離子初始質量濃度對銅離子去除率的影響：隨著銅離子初始質量濃度的增加，銅離子去除率減小；這是由于一定量的生物質杏殼炭表面所能吸附銅離子的量是有限的，在低濃度區，生物質杏殼炭的吸附能力未達飽和，所以銅離子去除率較高；而在高濃度區，由于生物質杏殼炭的吸附能力開始趨于飽和，隨著銅離子初始質量濃度的增加，生物質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

當銅離子初始質量濃度為25mg/L，生物質杏殼炭投加量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；當吸附時間為360min時，銅離子的去除率達到最大值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的實驗數據進行線性擬合，等溫吸附擬合結果見圖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，相關系數分別為0.9278和0.8631，說明生物質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 結論

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

（2）等溫吸附研究結果表明：生物質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.稻殼制備的生物質炭對紅壤和黃棕壤酸度的改良效果［J］.生態與農村環境學報，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］.生物質化學工程，2006（3）：17～20.

［3］陳國青，高 琦，周靖平.超細竹炭對水中Pb2+的吸附效果［J］.解放軍預防醫學雜志，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，從事水環境保護技術研發工作。