论文部分内容阅读
摘 要：采用NaOH改性荷叶（MLL），研究其对水体中重金属离子Fe（Ⅲ）的吸附性能。研究吸附时间，Fe（Ⅲ）初始浓度对水溶液中Fe（Ⅲ）吸附率的影响。结果表明，MLL在Fe（Ⅲ）初始浓度为50mg/l时，吸附性能较好，最大吸附量为49.6mg/g，吸附平衡时间为120min。
关键词：荷叶;Fe（Ⅲ）;化学改性;生物质吸附
社会的发展导致越来越多的污染物排放到环境中，其中金属离子排放与污染问题尤其严重。金属离子是重要的环境污染物质，不能被生物降解，可在各环境介质间循环运动，形成对环境的永久性污染。随着水污染问题越来越来严重，废水的循环和再利用已经引起了人们的关注，迫切的需要寻求一种原料来源广泛、操作简单的方法来处理废水。
在治理金属离子污染废水上面，常常采用一些物理化学方法，如化学沉淀法、吸附法、电渗析、膜过滤和离子交换法等。这些方法虽然易操作，效果好，但是成本高，易造成二次污染[1]。吸附法因其取材廉价，吸附量高，吸附速度快，无污染等优点近年来受到了研究者的广泛关注。近年来，富含纤维素的农林废弃物，由于来源广泛，可再生，价格低廉，并含有特有的化学成分，已成为处理金属离子废水的理想选择[2]。藕作为一种农产品，在我国广泛种植，荷叶作为农业副产品，通常被直接丢 弃或焚烧掉，这样的处置方式，不仅浪费资源，而且也会引起环境问题。近年来有关荷叶的研究多集中在对化合物的测定和分析方面[3]。但是荷叶也含有大量的植物纤维、蛋白质以及一些活性官能团如羟基，羧基等，这些官能团和精密的孔隙结构，使得荷叶有可能成为一种很有潜力的生物吸附剂材料[4]。
因此，本文作者以荷叶为原料，对模拟含重金属水中水体中Fe（Ⅲ）离子的吸附性能进行吸附研究，分析荷叶对重金属的吸附效果，对实现资源的可持续利用起到重要的推动作用。
1 实验部分
1.1试剂与仪器
主要试剂如下：硫酸亚铁铵、邻菲罗啉、氯化铵、NaAc溶液、HAc、盐酸羟胺，以上试剂都为分析纯。
主要仪器如下：离心机、恒温摇床、电子天平、电热恒温鼓风干燥风、可吸光光度计。
1.2改性材料制备
将来自邵阳市洞口县郊区的荷叶（LL）洗净干燥后粉碎，然后置于锥形瓶中，标记后保存备用。
将粉碎后的荷叶置于质量分数10%的氢氧化钠溶液中，浸泡120min。过滤，用蒸馏水反复清洗至中性，与60℃干燥360min，取出，得到改性荷叶MLL，与锥形瓶的保存备用。
1.3因素吸附实验
于150ml锥形瓶中放入0.1g荷叶渣和50ml一定浓度的含Fe（Ⅲ）溶液，密封瓶口以防止溶液发生改变。置于摇床中恒温（25℃）反应一段时间。取样经过离心后，用分光光度计测定滤液吸光度，计算其中Fe的浓度。利用式（1）和式（2）分别计算吸附率（Rx）和吸附量（q）：
式中：为Fe（Ⅲ）的初始质量浓度，mg/L;为吸附后Fe（Ⅲ）的平衡质量浓度，mg/L;V为溶液体积，L;m为所用生物质吸附剂质量，mg。
2 结果与讨论
2.1Fe（Ⅲ）初始浓度对吸附的影响
图1所示为溶液中Fe（Ⅲ）初始浓度对生物质材料吸附效果的影响。由图1可知，当Fe（Ⅲ）浓度处于50-175mg/l之间时，LL，MLL的吸附率随着Fe（Ⅲ）浓度的增加而减少，在50mg/l时，吸附就达到了饱和，吸附率达到67.76%;这说明吸附剂材料表面存在很多的活性位点与铁离子有效接触，吸附速率快。其中MLL比LL吸附速率快，说明改性后的材料表面更加粗糙，增加了荷叶的比表面积和活性位点，使得MLL在Fe（Ⅲ）初始浓度50mg/l时吸附率达92.85%。
2.2吸附时间对吸附Fe（Ⅲ）效果的影响
图2所示为吸附时间对吸附Fe（Ⅲ）效果的影响。其它条件：温度25℃;Fe（Ⅲ）初始浓度100mg/l。由图2可看出，随着时间的增加对Fe（Ⅲ）的吸附量也逐渐增大，且在时间达到120min左右，吸附达到平衡状态，吸附量基本上达到最大值。在60min之前属于快速吸附阶段，这说明在荷叶表面存在大量的活性位点可以吸附。同时发现改性后的材料，吸附劑表面活性位点数量均有增加。随便反应时间的增加，吸附剂表面的活性位点逐渐减少，材料内部的孔隙逐渐被Fe（Ⅲ）填充，导致溶液中剩余的Fe（Ⅲ）离子不能再继续被吸附，从而达到动态吸附平衡。
3 结论
MLL和LL相比，对Fe（Ⅲ）具有更好的吸附效果;在一定范围内，Fe（Ⅲ）的初始浓度会影响材料的吸附效果，在50mg/l时具有最大吸附率92.85%;随着时间的增加，材料对Fe（Ⅲ）的吸附量增多，在120min左右，吸附达到平衡状态。
参考文献
[1]揭诗琪，乔丽媛，李明明，柳若霖，冯雨晴，朱建裕，覃文庆.改性生物质材料对Cr（Ⅵ）的吸附性能[J].中国有色金属学报，2015，25（05）：1362-1369.
[2]柏松.农林废弃物在重金属废水吸附处理中的研究进展[J].环境科学与技 术，2014，37（1）：94-98.
挂靠课题：长医教（2018）77号-033;2017年湖南省教育厅科研项目17A025：基于废弃纸尿裤对重金属离子和有机污染吸附及其机理研究
通讯作者：周丹。
关键词：荷叶;Fe（Ⅲ）;化学改性;生物质吸附
社会的发展导致越来越多的污染物排放到环境中，其中金属离子排放与污染问题尤其严重。金属离子是重要的环境污染物质，不能被生物降解，可在各环境介质间循环运动，形成对环境的永久性污染。随着水污染问题越来越来严重，废水的循环和再利用已经引起了人们的关注，迫切的需要寻求一种原料来源广泛、操作简单的方法来处理废水。
在治理金属离子污染废水上面，常常采用一些物理化学方法，如化学沉淀法、吸附法、电渗析、膜过滤和离子交换法等。这些方法虽然易操作，效果好，但是成本高，易造成二次污染[1]。吸附法因其取材廉价，吸附量高，吸附速度快，无污染等优点近年来受到了研究者的广泛关注。近年来，富含纤维素的农林废弃物，由于来源广泛，可再生，价格低廉，并含有特有的化学成分，已成为处理金属离子废水的理想选择[2]。藕作为一种农产品，在我国广泛种植，荷叶作为农业副产品，通常被直接丢 弃或焚烧掉，这样的处置方式，不仅浪费资源，而且也会引起环境问题。近年来有关荷叶的研究多集中在对化合物的测定和分析方面[3]。但是荷叶也含有大量的植物纤维、蛋白质以及一些活性官能团如羟基，羧基等，这些官能团和精密的孔隙结构，使得荷叶有可能成为一种很有潜力的生物吸附剂材料[4]。
因此，本文作者以荷叶为原料，对模拟含重金属水中水体中Fe（Ⅲ）离子的吸附性能进行吸附研究，分析荷叶对重金属的吸附效果，对实现资源的可持续利用起到重要的推动作用。
1 实验部分
1.1试剂与仪器
主要试剂如下：硫酸亚铁铵、邻菲罗啉、氯化铵、NaAc溶液、HAc、盐酸羟胺，以上试剂都为分析纯。
主要仪器如下：离心机、恒温摇床、电子天平、电热恒温鼓风干燥风、可吸光光度计。
1.2改性材料制备
将来自邵阳市洞口县郊区的荷叶（LL）洗净干燥后粉碎，然后置于锥形瓶中，标记后保存备用。
将粉碎后的荷叶置于质量分数10%的氢氧化钠溶液中，浸泡120min。过滤，用蒸馏水反复清洗至中性，与60℃干燥360min，取出，得到改性荷叶MLL，与锥形瓶的保存备用。
1.3因素吸附实验
于150ml锥形瓶中放入0.1g荷叶渣和50ml一定浓度的含Fe（Ⅲ）溶液，密封瓶口以防止溶液发生改变。置于摇床中恒温（25℃）反应一段时间。取样经过离心后，用分光光度计测定滤液吸光度，计算其中Fe的浓度。利用式（1）和式（2）分别计算吸附率（Rx）和吸附量（q）：
式中：为Fe（Ⅲ）的初始质量浓度，mg/L;为吸附后Fe（Ⅲ）的平衡质量浓度，mg/L;V为溶液体积，L;m为所用生物质吸附剂质量，mg。
2 结果与讨论
2.1Fe（Ⅲ）初始浓度对吸附的影响
图1所示为溶液中Fe（Ⅲ）初始浓度对生物质材料吸附效果的影响。由图1可知，当Fe（Ⅲ）浓度处于50-175mg/l之间时，LL，MLL的吸附率随着Fe（Ⅲ）浓度的增加而减少，在50mg/l时，吸附就达到了饱和，吸附率达到67.76%;这说明吸附剂材料表面存在很多的活性位点与铁离子有效接触，吸附速率快。其中MLL比LL吸附速率快，说明改性后的材料表面更加粗糙，增加了荷叶的比表面积和活性位点，使得MLL在Fe（Ⅲ）初始浓度50mg/l时吸附率达92.85%。
2.2吸附时间对吸附Fe（Ⅲ）效果的影响
图2所示为吸附时间对吸附Fe（Ⅲ）效果的影响。其它条件：温度25℃;Fe（Ⅲ）初始浓度100mg/l。由图2可看出，随着时间的增加对Fe（Ⅲ）的吸附量也逐渐增大，且在时间达到120min左右，吸附达到平衡状态，吸附量基本上达到最大值。在60min之前属于快速吸附阶段，这说明在荷叶表面存在大量的活性位点可以吸附。同时发现改性后的材料，吸附劑表面活性位点数量均有增加。随便反应时间的增加，吸附剂表面的活性位点逐渐减少，材料内部的孔隙逐渐被Fe（Ⅲ）填充，导致溶液中剩余的Fe（Ⅲ）离子不能再继续被吸附，从而达到动态吸附平衡。
3 结论
MLL和LL相比，对Fe（Ⅲ）具有更好的吸附效果;在一定范围内，Fe（Ⅲ）的初始浓度会影响材料的吸附效果，在50mg/l时具有最大吸附率92.85%;随着时间的增加，材料对Fe（Ⅲ）的吸附量增多，在120min左右，吸附达到平衡状态。
参考文献
[1]揭诗琪，乔丽媛，李明明，柳若霖，冯雨晴，朱建裕，覃文庆.改性生物质材料对Cr（Ⅵ）的吸附性能[J].中国有色金属学报，2015，25（05）：1362-1369.
[2]柏松.农林废弃物在重金属废水吸附处理中的研究进展[J].环境科学与技 术，2014，37（1）：94-98.
挂靠课题：长医教（2018）77号-033;2017年湖南省教育厅科研项目17A025：基于废弃纸尿裤对重金属离子和有机污染吸附及其机理研究
通讯作者：周丹。