硅藻殼作為吸附劑對(duì)廢水中Pb2+的吸附作用研究

丁一芃

（浙江省義烏中學(xué)，浙江 金華 321000）

1 前言

重金屬污染是指重金屬或其化合物造成的環(huán)境污染及由環(huán)境污染導(dǎo)致的二次污染。大量的文獻(xiàn)和研究顯示，我國(guó)的主要河流和湖泊都不同程度的受到重金屬的污染，常見的污染物包括鉛、汞、鎘和鎳等，其中，Pb2+通過神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)、肝腎及心血管系統(tǒng)等危害人體健康，Pb2+污染已引起了廣泛的關(guān)注。

目前，治理水體重金屬污染的方法主要有生物法、物理法、化學(xué)法及物理化學(xué)法。其中，利用細(xì)菌等微生物去除重金屬的生物技術(shù)在不斷發(fā)展，物理法主要是借助于物理作用分離廢水中不溶性懸浮液體或者固體，化學(xué)法主要是利用化學(xué)反應(yīng)沉淀或者化學(xué)吸附去除污水中的污染物，物理化學(xué)法主要包括離子交換法、吸附法、膜分離法及溶劑萃取法。吸附法具有吸附劑易獲得、成本低廉、處理效果好及操作工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用，常用的吸附劑有活性炭、竹炭、殼聚糖、秸稈、硅藻土和改性硅藻土等，但對(duì)Pb2+的飽和吸附容量相對(duì)較小。

硅藻殼是硅藻通過過化學(xué)焙燒法得到的殘留晶體，其表面有大量微小孔隙，孔隙率達(dá)90%以上，且比表面較大。因此，本實(shí)驗(yàn)采用硅藻殼作為吸附劑，研究其對(duì)Pb2+的吸附效果及影響因素。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

燒杯、試管、滴管、藥匙、電子天平、量筒、玻璃棒、pH試紙、溫度計(jì)、電感偶合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP）、離心機(jī)、酸堿滴定管。

2.2 實(shí)驗(yàn)試劑

PbNO3，分析純級(jí)，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。Pb2+、Cu2+、Cd2+、Ag+儲(chǔ)備液溶液（1000mg/L）是將其各自的硝酸鹽溶于去離子水中配得，其它濃度則由儲(chǔ)備液稀釋配得。金屬溶液的pH由NaOH（1N）溶液和HCl（1N）溶液調(diào)節(jié)。硅藻殼由離心獲得淡水硅藻濃縮液干燥后獲得。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

①用電子天平分別稱取硅藻殼1g數(shù)份，作為吸附劑。

②分別配制數(shù)份濃度為 50、100、150、200mg/L 的1.0LPb2+水溶液，作為實(shí)驗(yàn)廢水。

③用電感偶合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP）測(cè)試處理后廢水中Pb2+濃度。

3 結(jié)果與討論

3.1 吸附時(shí)間對(duì)Pb2+吸附量的影響

分別加 1g硅藻殼于濃度為 50、100、150、200mg/L的Pb2+水溶液中，水溶液均為1L，振蕩吸附，分別在60、120、360、720和1440min對(duì)廢水取樣，取少量上清液用電感偶合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP）測(cè)量Pb2+濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。根據(jù)圖1可以看出，鉛離子吸附率隨吸附時(shí)間的增加而增加。在120min達(dá)到穩(wěn)定，因此，確定硅藻殼最佳吸附時(shí)間以120min為宜。

圖1 吸附時(shí)間對(duì)Pb2+吸附量的影響

3.2 溫度對(duì)Pb2+吸附量的影響

加1g硅藻殼于1L濃度為150mg/L的Pb2+水溶液中，圖2反應(yīng)了反應(yīng)溫度對(duì)硅藻殼吸附Pb2+的影響。從圖中可以看出，隨著溫度的增加，平衡吸附量稍有降低。當(dāng)反應(yīng)溫度為15℃時(shí)硅藻殼吸附Pb2+的平衡吸附量達(dá)到最大值，說明溫度較低的實(shí)驗(yàn)條件更有利于硅藻殼對(duì)Pb2+的吸附。較高溫度下，金屬離子的分子運(yùn)動(dòng)加劇，硅藻殼表面吸附的Pb2+部分轉(zhuǎn)移到水溶液中，導(dǎo)致測(cè)定時(shí)溶液中Pb2+濃度偏高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，反應(yīng)溫度為25℃時(shí)硅藻殼吸附Pb2+的平衡吸附量為118.27 mg/g，與溫度為15℃時(shí)的平衡吸附量相近，因此選擇一般室溫25℃作為硅藻殼材料吸附Pb2+的反應(yīng)溫度。

圖2 溫度Pb2+吸附量的影響

3.3 初始pH對(duì)Pb2+吸附量的影響

溶液初始pH值是硅藻殼吸附Pb2+的一個(gè)重要影響因素，溶液的pH值影響了硅藻殼表面電荷和金屬離子的存在狀態(tài)。加1g硅藻殼于1L濃度為150mg/L的Pb2+水溶液中，在不同的溶液初始pH條件下，硅藻殼對(duì)Pb2+的吸附結(jié)果見圖3，隨著吸附時(shí)間的增加，硅藻殼對(duì)Pb2+的吸附量先快速上升而后趨于穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)溶液初始pH值為2.08時(shí)，硅藻殼對(duì)Pb2+的吸附量均低于其他pH值下的吸附量，這是因?yàn)楫?dāng)溶液pH低于電荷零點(diǎn)時(shí)硅藻殼表面是帶正電的，因此不利于Pb2+的吸附。本研究中選擇溶液的原始pH約為4.8為吸附實(shí)驗(yàn)的pH條件。

圖3 初始pH對(duì)Pb2+吸附量的影響

3.4 轉(zhuǎn)速對(duì)Pb2+吸附量的影響

加1g硅藻殼于1L濃度為150mg/L的Pb2+水溶液中，圖4反應(yīng)了轉(zhuǎn)速對(duì)硅藻殼吸附Pb2+的影響。在60、100和140rpm三種轉(zhuǎn)速條件下，硅藻殼對(duì)Pb2+吸附量的整體趨勢(shì)為先快速上升，當(dāng)轉(zhuǎn)速為100rpm時(shí)，平衡吸附量達(dá)到最大值118.27mg/g。即轉(zhuǎn)速100rpm為最優(yōu)反應(yīng)轉(zhuǎn)速。

圖4 轉(zhuǎn)速對(duì)Pb2+吸附量的影響

3.5 硅藻殼對(duì)Pb2+的選擇吸附

為了研究在共存離子狀態(tài)下硅藻殼對(duì)Pb2+的平衡吸附量，文章進(jìn)行了競(jìng)爭(zhēng)吸附實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，每種金屬離子的濃度均為150mg/L，競(jìng)爭(zhēng)吸附反應(yīng)結(jié)果見圖5。硅藻殼對(duì)Pb2+的平衡吸附量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)其它離子的平衡吸附量，說明硅藻殼對(duì)Pb2+具有一定的選擇吸附性。

圖5 硅藻殼對(duì)金屬離子的選擇性吸附

4 結(jié)語

文章主要研究了吸附時(shí)間、轉(zhuǎn)速、溫度、溶液初始pH及競(jìng)爭(zhēng)離子等因素對(duì)Pb2+吸附效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，吸附時(shí)間為120min時(shí)能達(dá)到平衡吸附，常溫條件下，轉(zhuǎn)速為100rpm時(shí)，吸附效果最好。此外，硅藻殼對(duì)Pb2+具有選擇性吸附的作用。