花生殼生物質炭對鉛離子去除效果的研究

滕福康

(西北民族大學 化工學院，甘肅 蘭州 730000)

近年來，水污染事件頻發，其中重金屬對環境的污染受到了廣泛的關注[1]，在我國通過的《重金屬污染綜合整治實施方案》[2]、《全國城市飲用水水源地環境保護規劃》[3]中就提到要加大重金屬對水污染的處理，保障人民群眾的身體健康。生物質炭是目前迅速發展的新型吸附劑材料之一，其來源廣、成本低，吸附效良好且有很強的穩定性和抗氧化能力，被廣泛的應用到農業、能源和環境領域[4]。因此探究生物質炭對水中重金屬的去除效果對保護環境具有重大的意義[5]。

1 實驗部分

1.1 材料與實驗儀器

材料與試劑：試驗材料花生殼榆中縣附近農田，二甲酚橙(南京化學試劑股份有限公司)、醋酸鈉(天津市致遠化學試劑有限公司)、冰醋酸(廣東予能實驗室設備科技有限公司)、硝酸鉛(河南升華化工產品有限公司)、高錳酸鉀(河南佳輝化工產品有限公司)

儀器：DZF-6030型真空干燥箱、DF101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器、SX-G03173型高溫箱式電阻爐、H/T20MM型高速離心機、UV2000型紫外可見分光光度計

1.2 花生殼生物質制備

取干花生殼30 g，放入燒杯中浸泡12 h，過濾后100℃條件下干燥20 h，磨碎得到制備花生殼生物質炭的前驅體。將花生殼放入電阻爐中進行無氧熱解。無氧熱解條件：氮氣吹掃15 min，熱解溫度550℃，升到550℃后恒溫3 h。取出熱解產物洗滌，干燥，過100目標準篩。即可得到成品生物質炭。

圖1 花生殼生物質炭制備流程

1.3 Pb2+標準工作曲線

配置參比溶液：配制好1 mg/mL的二甲酚橙溶液和pH值=6的緩沖溶液(醋酸鈉和冰醋酸)，取0.5 mL和1 mL的上述溶液加入到10 mL的容量瓶中，定容。

配置待測液：先配置好1 mg/mL的硝酸鉛標準溶液，再用移液管移取1 mL標準溶液加入到100 mL容量瓶中，定容后得到10 μg/mL的硝酸鉛標準溶液。分別移取0.5、1、1.5、2、2.5、3 mL硝酸鉛標準溶液加入到10 mL容量瓶中，分別加入0.5 mL二甲酚橙和1 mL緩沖溶液，定容后得到0.5、1、1.5、2、2.5、3 μg/mL的標準溶液。在575 nm波長處的標準曲線如圖2。

圖2 鉛離子標準曲線

1.4 花生殼生物質炭投加量對鉛離子吸附影響

在25 mL的錐形瓶中分別加入50、100、150、200、250、300 mg的花生殼生物質炭和500 mg/L的鉛離子溶液，調節磁力攪拌器的溫度為25℃，并振蕩3 h，離心后取上清液測定鉛離子的濃度，結合標準曲線計算出去除率。

從圖3中可以看出，花生殼生物質炭對鉛離子的吸收量隨投加量的增加而迅速變大，當生物質炭的投加量為250 mg時，此時對鉛離子最大吸收量達到45.13 mg/g，鉛離子的去除率達99.2%。

圖3 生物質炭投加量與鉛離子去除率關系

1.5 錳改性花生殼生物質對鉛離子吸附影響

圖4 錳改性花生殼生物質與鉛離子去除率關系

在燒杯中加入10 g花生殼生物質炭和1 g高錳酸鉀藥品，加水溶解后在磁力攪拌器上攪拌3 h，靜置12 h，100℃的環境下干燥，研磨過100目的標準篩，得到改性花生殼生物質，并對鉛離子溶液進行吸附實驗。

從圖4中可看出，錳改性后的花生殼生物質炭對鉛離子去除率大大增強，溶液中鉛離子的去除率達99.8%，且最大飽和吸附量已達到130.6 mg/g，與未改性的生物質炭相比吸附量明顯提高。

2 結果討論

實驗結果表明，錳改性花生殼生物質炭明顯好于未改性的生物質炭，改性后生物質炭是高效吸附劑，由于經過錳改性的花生殼生物質炭的堿性基團得到大幅度增加，表面疏松多孔，孔隙度和灰分含量都增大，表面的芳香性官能團更多，因此吸附性能更強。