板藍根藥渣活性炭對溶液中砷的吸附特性研究

夏偉欽++李豪鵬++虞家穗++許肯++劉志挺

摘 要：研究了板藍根藥渣活性炭對溶液中砷的吸附特性，結果表明：板藍根藥渣活性炭能快速大量地吸附砷，吸附率高達89.9%。溶液pH、溫度、活性炭粒度是影響吸附的重要因素，其適宜的pH范圍為3.0～4.0，溫度在25℃左右，粒度在160～200目。通過對板藍根采用物理化學聯合活化法進行改性，能有效提高板藍根藥渣活性炭吸附砷的能力，對重金屬砷吸附量大、選擇性強。

關鍵詞：板藍根 藥渣 活性炭 吸附 砷

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（b）-0132-02

重金屬廢水的處理方法有沉淀法、生物法和吸附法。沉淀法對于濃度低的重金屬處理效果差，且需要大量沉淀劑，引起二次污染。生物法的機械強度弱，化學穩定性差，且不易回收。只有吸附法是去除廢水重金屬的良好方法。活性炭是一種優良的重金屬吸附劑，其生產原料主要有木材、煤炭，但由于資源限制，目前已轉向農業副產物如果殼、秸稈等，但數量仍然較少，尚不能滿足市場對活性炭的需求。普通活性炭雖可用作重金屬的吸附劑，但吸附量小，選擇性差，且難以回收再利用。秦恒飛[1]、趙梅青[2]等分別用Na2S·HNO3和高錳酸鉀處理活性炭，可以提高廢水中重金屬的去除率。但上述方法用到的強酸和強氧化劑也會污染環境，加上廢水組成差異較大，一般活性炭難以對廢水中重金屬產生良好的選擇性吸附效果。飽和吸附后的活性炭通過酸堿和高溫處理，雖可再生，但造成活性炭結構破壞，吸附性能顯著下降，且不能回收所吸附的重金屬。

中藥生產在我國制藥工業中占重要地位，由于大多數中藥屬于植物類藥材，中藥生產一般采用溶劑提取活性成分后，將藥渣廢棄不用。大量中藥渣采用傳統的處理方法如焚燒、填埋或堆放，導致了資源浪費和環境污染。將中藥廢渣制成活性炭可以充分利用中藥廢棄資源，變廢為寶。板藍根是中國傳統中藥，歷代本草有記載，是十字花科植物菘藍的干燥根，具有清熱解毒、涼血利咽等功效，用于流行性腮腺炎、風熱感冒、紅眼病、面部平疣、咽喉腫爛、肝炎等多種疾病的治療，用量很大[3]。板藍根藥材資源仍屬于資源消耗量大、利用效率和產出效益低、廢物排放量大的傳統生產方式，若能將其合理有效地加以利用，就能有效延伸資源經濟產業鏈，提升資源利用效益，減輕生態壓力，對綠色發展的現代經濟社會可持續發展都將具有不可忽視的意義。板藍根藥渣富含大量纖維素、半纖維素、木質素等高分子和一定量的活化成分，因此能有效制備木炭，還可以通過改性劑來改性其吸附能力。本文研究板藍根藥渣活性炭對溶液中砷的吸附特性，為開發板藍根藥渣活性炭作為高效生物吸附劑提供理論依據和基礎數據。

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

濃硫酸、硝酸、鹽酸、亞砷酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉均為分析純。

主要儀器：PHS-30型酸度計、SBS-11S調速多用振蕩器、極譜儀。

1.2 板藍根藥渣活性炭制備

將板藍根藥渣置于一個不銹鋼反應器中加熱到200℃恒溫保持60min，再升溫到1000℃保溫45min，然后通入水蒸汽活化1h，所得樣品加入體積分數50%的過氧化氫水溶液，加熱至150℃氧化反應1h，再降溫至65℃，加入甲基丙烯酸、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯及蒸餾水，攪拌均勻，恒溫反應5h，烘干后即得所需改性活性炭。

1.3 吸附實驗方法

在500mL三角瓶里加入2g板藍根藥渣活性炭，加入配制成一定濃度的NaAsO2溶液100mL，調節pH至所需值，放入搖床，在恒溫下以120r/min的振蕩頻率振蕩吸附一定時間，使其吸附至平衡后過濾，采用化學滴定法測定濾液中剩余砷的濃度。

1.4 吸附率和吸附量的計算

吸附率為R（%）=（1-c/c0）100%，吸附量為q（mg/g）= （c0-c）/m，其中c0為吸附前溶液中砷的濃度（mg/L），c為吸附后溶液中砷的濃度（mg/L），m為吸附劑的用量（g/L）。

2 結果和討論

2.1 吸附時間對吸附效果的影響

吸附過程中砷濃度隨時間的變化情況如表1所示。

表1表明，板藍根藥渣活性炭在吸附30min后最高吸附量為87.1%，說明吸附速度比較快，同時吸附可使溶液中的砷濃度降低到<0.2mg/L以下，吸附率可達89.8%以上。隨著吸附時間的增長吸附量逐漸增大。在吸附進行2.5h后吸附量趨于平衡，吸附時間等于2.5h的吸附率與吸附3h后的相同，考慮吸附時間盡可能短，故吸附平衡時間定為2.5h。

2.2 pH對吸附效果的影響

pH對板藍根藥渣活性炭吸附砷的影響見表2，實驗結果表明：在pH3.0～4.0時，板藍根藥渣活性炭對廢水溶液中的砷有很高的吸附率，可達89.9%以上。不同pH時，活性炭對砷的吸附效果差異也較大。pH值為2.0～6.0時，吸附容量隨pH值得變化規律是先增大后逐步平緩，當pH在3.0～4.0之間時，活性炭對砷的吸附則出現了一個“吸附平臺”，即在這個pH范圍內，吸附后溶液中的砷濃度變化不大，而且在這個“吸附平臺”中溶液中的砷濃度值也最低，吸附率卻最高。原因是有可能發生了吸附后的解吸現象。

2.3 溫度對吸附效果的影響

表3為不同溫度時，板藍根藥渣活性炭吸附溶液中砷的吸附率結果。實驗結果表明：在10℃～25℃的吸附率較高，而升高溫度則吸附率有所降低，選擇25℃左右的溫度范圍較為合適，其吸附效果也比較理想；在溫度不大于30℃時，溫度對吸附率的影響并不顯著，但仍呈現隨溫度升高而下降的規律，溶液溫度的升高會對活性炭吸附砷的能力產生抑制作用。另外，表中數據也說明低溫有利于吸附而高溫則有利于解吸，從這一點也可以推斷出，活性炭對溶液中砷的吸附為物理吸附。

2.4 活性炭粒度對吸附效果的影響

活性炭粒度對吸附率的影響如表4所示，由表4可知，不管是哪個粒度范圍內的板藍根藥渣活性炭，其對溶液中的砷的吸附率都達85%。這說明板藍根藥渣活性炭對溶液中砷具有很好的吸附效果。粒度范圍在160～200目之間的，活性炭其吸附率最高，這是因為活性炭表面有很多較多孔隙，粒度越小其比表面積則越大，可供吸附的活性位數量多，因而有利于吸附，但也并非粒度越小吸附就越好，粒度越小，會造成顆粒的堆積造成吸附位的聚集，導致活性炭的可利用總表面積減少而吸附率降低。

3 結論

（1）板藍根藥渣活性炭對溶液中的砷具有良好的吸附效能，可使溶液中的砷濃度從2.0mg/L降低到0.20mg/L以下。吸附與溫度、pH值和活性炭粒度都有密切關系，活性炭的比表面積越大吸附率越高；低pH時，吸附率較高，高pH值時產生解吸，吸附率下降。其適宜的pH范圍為3.0～4.0，溫度在25℃左右，粒度在160～200目。

（2）以板藍根藥渣為原料，采用物理化學聯合活化法制備活性炭可以使中藥渣由低附加值轉化為高附加值產品，通過循環利用獲得高附加值的資源性活性炭并延伸為再生產業，拓寬活性炭生產的原料來源，實現了板藍根藥渣的轉化增效，為中藥渣的資源化利用開辟了新途徑。將板藍根藥渣活性炭用于處理重金屬廢水，可實現較好的處理效果，利用板藍根藥渣制備活性炭具有提升資源化潛力，開發高附加值的資源性產品，在吸附處理含砷廢水方面有著良好的前景。

參考文獻

[1] 秦恒飛，劉婷逢，周建斌.Na2S·HNO3改性活性炭對水中低濃度Pb2+吸附性能的研究[J].環境工程學報，2011，5（2）：306-310.

[2] 趙梅青，馬子川，張立艷，等.高錳酸鉀改性對顆活性炭吸附Cu2+的影響[J].金屬礦山，2008（11）：110-113.

[3] 崔樹玉，薛原，楊建莉，等.板藍根研究進展[J].中草藥，2001，32（7）：670.endprint