两种吸附法去除模拟废水中Pb2+的实验对比

潘沛玲

摘 要： 比较了活性炭吸附法和改性柚子皮吸附法对废水中铅的去除能力。实验结果表明， 活性炭吸附法对废水中铅的去除率为93.3%，耗时40 min；改性柚子皮吸附法对废水中铅的去除率为87.2%，耗时90 min。活性炭吸附法比改性柚子皮吸附法的耗时少，对废水中铅的去除率更高。但活性炭吸附法的处理成本比较高，利用改性后的柚子皮对重金属进行处理，可以变废为宝，具有环保和经济双重效益。

关 键 词：活性炭；改性柚子皮；吸附；铅

中图分类号：TQ 424 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）08-1700-04

Abstract： The removal abilities of lead in waste water by activated carbon adsorption and modified grapefruit peel adsorption method were compared. And effect of the addition amount of adsorbent， pH， time， temperature and particle size on the removal rate was investigated. The experimental results show that the removal rate of lead in waste water by activated carbon adsorption method is 93.3%， and the time is 40 min； the removal rate of lead in waste water by modified grapefruit peel adsorption method is 87.2%， the time is 90 min. But the cost of treating wastewater by active carbon adsorption is relatively high； application of modified grapefruit skin in treatment of heavy metals is environmental and economic.

Key words： activated carbon； modified grapefruit peel； adsorbent； lead

随着工业化的不断加快，大量含铅废水排入环境中，对环境造成极大的伤害。铅是一种毒性很大的重金属，会抑制动植物生长，危害动物及人类的健康[1，2]。因此，必须严格控制废水中铅的含量，减少其对环境的污染。常用的含铅废水处理方法主要有化学沉淀法、微电解法、膜分离法、离子交换法、生物吸附法、蒸发法等[3]。

研究最热门的处理含重金属废水的方法是吸附法，吸附法的特点是：二次污染小，在污水处理中不会带入新的污染物[4] 。本文将活性炭吸附法、改性柚子皮吸附法对废水中铅的去除效果进行对比。

1 实验部分

1.1 材料

化学试剂：HCl、H2SO4 、NaOH、Na2S、ZnCl2、Pb（NO3）2均为分析纯；活性炭；自制ZnCl2活化处理改性柚子皮。

1.2 仪器

50 mL具塞比色管、原子吸收分光光度计、YC-015实验型喷雾干燥机、pHS-25CW实验室pH计、恒温水浴锅HH-2、电子分析天平、分样筛、SHA-C型恒温振荡器。

1.3 模拟Pb2+溶液的制备

铅标准储备液（1 mg/mL）：精密称取1.598 0 g Pb（NO3）2于100 mL烧杯中，加入6 mol/L HNO3溶液10 mL，全部溶解后，转入1 000 mL容量瓶中，加水稀释至刻度，摇匀，备用。

硝酸铅工作液（50 μg/mL）：用移液管移取5 mL的1 mg/mL的铅标准储备液于100 mL的容量瓶中，稀释至刻度，摇匀，备用。

2 实验与讨论

2.1 标准曲线的绘制

分别吸取0，1.0，2.0，4.0，6.0，8.0 mL硝酸铅工作液于50 mL容量瓶中，加入6 mol/L HNO3溶液1 mL，加水稀释至刻度，摇匀。在280 nm波长处测定吸光度，以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。

2.2 活性炭吸附法

2.2.1 测定活性炭的吸附平衡时间

测定吸附平衡时间的方法是， 在50 μg/mL Pb2+废水中加入一定比例活性炭振荡，每隔10 min取出一定量水样，测定铅含量，当前后两次測出水样中铅含量接近时，该时间可以看成活性炭处理废水的吸附平衡时间[5]。吸附平衡时间受活性炭自身性质以及处理废水性质影响。

取活性炭10 g， 加入250 mL锥形瓶内，往锥形瓶中加入100 mL 50 μg/ mL Pb2+废水，在室温条件下振荡锥形瓶，每隔10 min分别取样，经过离心机分离后取上清液再测定铅含量。计算活化处理活性炭的吸附量。实验结果如图2所示。

从图2可以看出，活性炭的吸附量随时间的不断增加而增加，当吸附时间超过40 min后，活性炭的吸附量随时间的增长改变不大，也就是说吸附40 min后，活性炭的吸附量基本达到恒定。

2.2.2 活性炭的加入量对吸附的影响

分别往6个干净的250 mL锥形瓶中加入100 mL 50 μg/mL Pb2+废水，然后依次加入5、10、15、20、25、30 g活性炭。在室温下振荡至吸附平衡，分别取样，经过离心机分离后再取上清液测定吸附后废水中铅含量，计算去除率。实验结果表明随着活性炭加入量的增加，活性炭对废水中铅的去除率也逐增大。当活性炭的加入量从0.05 g/mL增加到0.10 g/mL时，废水中铅的去除率由92.9%增加到95.8%。但当活性炭的加入量大于0.10 g/mL时，随着活性炭加入量的增加废水中铅的去除率并没有明显的增加。这说明活性炭在达到吸附饱和之前，废水中铅的去除率随着加入量的增加而增加。因此，活性炭的最适宜加入量为0.10 g/mL。

2.2.3 pH对活性炭吸附性能的影响

分别往5个250 mL干净的锥形瓶中加入100 mL废水水样，利用H2SO4溶液和NaOH溶液将溶液的pH值分别调节至3.00、5.00、7.00、9.00、11.00，然后把10 g活化处理活性炭分别加入5个锥形瓶中，在室温下振荡至吸附平衡，分别取样，经过离心机分离后再取上清液测定吸附后废水中铅含量，实验结果如表1所示。

从实验数据可以看出，在酸性条件下，pH值越大，废水中铅的去除率就越大，在中性或碱性条件下，废水中铅的去除率比较接近，所以活性炭吸附废水中铅的最佳pH为7。

2.2.4 活性炭颗粒大小吸附性能的影響

分别往5个干净的锥形瓶中加入100 mL废水水样，把溶液的pH值调至7，然后分别往锥形瓶中加入10 g 80目、100目、120目、140目、160目的活性炭，在室温下振荡40 min至吸附平衡，分别取样，经过离心机分离后再取上清液测定吸附后废水中铅含量，计算活性炭对废水中铅的去除率，实验结果见表2所示。

从以上实验数据可以得出，活性炭的粒径越小，吸附效果更好。这是因为活性炭颗粒粒径越小，孔隙扩散速度越快，活性炭的吸附性能越强[6]。从经济效益以及其他影响因素考虑，选择80目的活性炭。

2.2.5 活性炭吸附法去除废水铅实验

分别往6个干净的锥形瓶中加入100 mL废水水样，把溶液的pH值调至7，然后分别往锥形瓶中加入10 g 80目活性炭，在室温下振荡40 min至吸附平衡，分别取样，经过离心机分离后再取上清液测定吸附后废水中铅含量，计算活性炭对废水中铅的去除率，实验结果见表3所示。

2.3 改性柚子皮吸附法

2.3.1 时间对改性柚子皮吸附性能的影响

取改性柚子皮2 g，加入250 mL锥形瓶内，往锥形瓶中加入200 mL经稀释后的废水水样，在室温条件下振荡锥形瓶，每隔30 min分别取样，经过离心机分离后取上清液测定铅含量。计算柚子皮的吸附量。实验结果见表4所示。

从数据可以看出，柚子皮的吸附量随时间的不断增加而增加，当吸附时间超过90 min后，吸附量随时间的增长改变不大，也就是说吸附90 min后，柚子皮的吸附量基本达到恒定。

2.3.2 改性柚子皮的加入量对吸附性能的影响

分别往5个干净的250 mL锥形瓶中加入100 mL废水水样，然后依次加入1、2、3、4、5 g改性柚子皮。在室温下振荡吸附90 min后，分别取样，经过离心机分离后再取上清液测定吸附后废水中铅含量，计算去除率。实验结果见表5所示。

在本实验条件下柚子皮的最适宜加入量为0.01 g/mL。

2.3.3 pH对改性柚子皮吸附性能的影响

分别往5个250 mL干净的锥形瓶中加入100 mL废水水样，利用H2SO4溶液NaOH溶液将溶液的pH值分别调节至1.00、3.00、5.00、7.00、9.00，然后把1 g处理后的柚子皮分别加入5个锥形瓶中，在室温下振荡至吸附90 min，分别取样，经过离心机分离后再取上清液测定吸附后废水中铅含量，实验结果如图3所示。

从实验数据可以看出，在pH值为7时，柚子皮对废水铅的吸附能力最大。

2.3.4 柚子皮颗粒大小对吸附性能的影响

分别往5个干净的锥形瓶中加入100 mL废水水样，把溶液的pH值调至7，然后分别往锥形瓶中加入1 g 20目、40目、60目、80目、100目的柚子皮，在室温下振荡至吸附平衡，分别取样，经过离心机分离后再取上清液测定吸附后废水中铅含量，计算柚子皮对废水中铅的去除率，实验结果见表6所示。

从以上实验数据可以得出，柚子皮的粒径越大，吸附效果越好。当柚子皮的粒径为100目时，吸附率接近最大值。

2.3.5 改性柚子皮吸附法去除废水铅实验

分别往6个干净的锥形瓶中加入100 mL废水水样，把溶液的pH值调至7， 然后分别往锥形瓶中加入1 g 100目柚子皮，在室温下振荡90 min至吸附平衡，分别取样，经过离心机分离后再取上清液测定吸附后废水中铅含量，计算改性柚子皮对废水中铅的去除率，实验结果见表7所示。

3 结 论

活性炭吸附法比改性柚子皮吸附法的耗时少，对废水中铅的去除率更高，达93.3%。但改性柚子皮吸附法对废水中铅的去除率也达87.2%。活性炭吸附法的处理成本比较高[7] ，利用改性后的柚子皮对重金属进行处理，可以变废为宝，具有环保和经济双重效益[8]。

参考文献：

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[6] 周殷，胡长伟，李鹤，等. 柚子皮吸附性能的研究[J]. 环境科学与技术，2010，33（11）：87-91.

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