浓硫酸脱水实验中蔗糖炭化产物对Pb2+的吸附性能研究

吴晓莉，　 阳志高*

（宁乡县第一高级中学，湖南 长沙 410660）

浓硫酸脱水实验中蔗糖炭化产物对Pb2+的吸附性能研究

吴晓莉， 阳志高*

（宁乡县第一高级中学，湖南 长沙 410660）

将《人教版必修1》浓硫酸脱水实验中蔗糖炭化废弃物经洗涤、水煮、干燥等处理后制得蔗糖炭产物，将处理后的炭产物用于铅离子的吸附实验，探讨了炭产物的用量、浸泡温度、溶液pH值等单因素对吸附铅离子的影响；并将炭产物的吸附效果与一些已经商业化的吸附剂进行对比，实验取得良好的实验结果，表明该废弃炭产物可以有效除去溶液中的铅离子。

炭产物；吸附；铅离子

铅是一种对人体危害极大的重金属，能对人体造成极大的危害；更有学者指出，古罗马城市供水管道及许多生活器皿都是铅制的，大规模铅中毒引发的血液类疾病可能是帝国衰败的主要原因；随着工业的发展，铅在各行各业中都有较大的用途，使得我们在不知觉中摄入铅，比如：含铅汽油的燃烧，食用皮蛋都会让铅在我们身体聚集。对生活饮水中重金属铅的处理显得尤为重要，可以采用化学沉淀法，也可以采用活性炭等具有高吸附性物质除铅；尹笃林教授在其国家自然科学基金《生物质固体炭磺酸的制备》中[1-5]，对利用生物质制备可官能化活性炭材料进行了详细的介绍；根据该基金项目结果所提供的理论依据，

在中学实验的基础上，通过学生创新实验和校本教研将将中学化学《人教版必修1》浓硫酸脱水性质实验中所得废弃物经过处理，用于对水中Pb2+的吸附研究，得到比较好的实验结果；实验设计让学生认识化学与生活的关系，解决一些生产生活中的化学问题，感悟化学学科的魅力。

1　实验

1.1浓硫酸脱水实验

按《化学人教版必修1》图4-31所示方法制备，将一定量蔗糖置于烧杯，加少量水溶解；加入98%浓硫酸，边加边搅拌；蔗糖变黑，体积膨胀，变成疏松多孔的海绵状的炭，如图1所示。

1.2蔗糖炭化产物的预处理

将蔗糖炭化产物用去蒸馏水充分洗涤，至洗涤液呈中性；转移固体至圆底烧瓶中，加蒸馏水煮沸2 h，中间换水一次，以充分洗去吸附的硫酸及其它可溶性小分子炭化产物；过滤，80℃条件下干燥12 h，备用。

1.3配制50 mg/L Pb2+的标准溶液

准确称取0.080 0g 硝酸铅于烧杯中， 加入适量蒸馏水搅拌溶解，转至1 L容量瓶中加水定容，摇匀，得到50 mg/L Pb2+的标准溶液。

1.4蔗糖炭化产物对Pb2+的吸附研究

依次准确称量蔗糖炭化产物于锥形瓶中，加入100 mL 50 mg/L Pb2+溶液，超声波振荡30 min，过滤，取滤液，采用原子吸收分光光度计（上海光谱仪器有限公司）测定滤液铅离子浓度（原子吸收火焰法）；除铅百分率等于铅离子浓度的变化值处理起始浓度，用式（1）表示。

式中，C0为铅离子原始浓度（50 mg/L Pb2+），Ct为吸附完成后铅离子的浓度（mg/L）

2　结果与讨论

2.1蔗糖炭化产物用量对除铅率的影响

实验考察炭化产物用量对除铅率的影响，分别准确称量0.1、0.2、0.4、0.6g炭产物于4个相同的锥形瓶中常温下进行吸附性实验；实验结果列入表1；随着蔗糖炭化产物用量的增加，对Pb2+的吸附变大，除铅百分率增加，当用量达到0.6g，可以除去溶液中95%以上的Pb2+。

表1　蔗糖炭化产物用量对除铅百分率的影响

2.2pH值对除铅率的影响

为确定炭产物对铅离子吸附的最佳pH。实验中使用氢氧化钠溶液和盐酸调节pH值，由于二价铅的水解使其在pH值约为6时开始发生沉淀，故实验考察pH值为2、3、4、5四种情况；不同pH值条件下炭产物对铅离子的吸附效果如表2所示。pH值过低时，氢离子与铅离子形成竞争关系，导致除铅率大幅下降；pH值增大时，除铅率呈上升趋势，故炭产物对铅离子吸附的最佳pH值在5左右。

表2　pH对除铅率的影响

2.3浸泡温度对除铅率的影响

在炭产物用量为0.6g，pH为5的情况下考察温度对除铅率的影响；如表3所示，温度升高，离子运动加强，除铅率升高；都是温度太高会促进铅离子的水解，反而会造成除铅率下降。

表3　温度对除铅率的影响

2.4一些商业化得吸附剂与蔗糖炭化产物吸附性比较

为了进一步考察蔗糖炭化产物对吸附效果，我们还考察了对比了商品化的吸附剂活性炭，硅胶对Pb2+的吸附效果；在相同的用量0.4g，相同的吸附时间30 min做对比实验，结果如表4所示；除铅效果蔗糖炭产物好于硅胶，但比活性炭稍差，这可能是因为教材实验中采用浓硫酸炭化过程不利于形成活性炭那样丰富的孔径结构；而在相同质量下，硅胶由于密度较大，所用样品体积较少，与溶液中Pb2+的接触面积低而除铅效果不理想。

表4　蔗糖炭化产物除铅率

3　结论

该实验充分利用了中学演示实验废弃物，并结合了生活生产知识，取得比较满意的实验结果；同学们通过对实验过程的理解和探究，理解了生活中处处是化学，化学服务于生活的含义；更重要的是通过发现问题并设计实验解决问题，培养了学生的实验创新能力和动手能力，感受到科学探究的神奇魅力。

[1] 尹笃林, 徐琼, 毛丽秋, 等. 中国发明专利[P]. ZL2006 1 0032187.9.

[2] Xu Qiong, Yang Zhigao, Yin Dulin. Synthesis of chalcones catalyzed by a novel solid sulfonic acid from bamboo[J]. Catal Commun, 2008(9): 1579-1582.

[3] Xu Qiong, Yang Zhigao, Yin Dulin. One-pot three-component Mannich reaction catalyzed by sucrose char sulfonic acid[J]. Frontiers of Chemical Engineering in China, 2009(1): 1-5.

[4] 左传鹏, 阳志高, 尹笃林, 等.椰壳炭磺酸催化剂制备及其对杯[4]芳烃合成反应的催化应用.应用化学[J], 2010, 27(2): 237-239

[5] Xu Qiong, Yang Zhigao, Yin Dulin. One-pot three-component Mannich reaction catalyzed by sucrose char sulfonic acid[J]. Frontiers of Chemical Engineering in China, 2009(1): 1-5.

Experimental Charring Sucrose Concentrated Sulfuric Acid Dehydration Products on Pb2+Adsorption Research

WU xiao-li,YANG zhi-gao*
（Ningxiang No.1 High School, Changsha 410660, China）

The amount of concentrated sulfuric acid dehydration experiments waste is washed, boiled, drying after treatment was sucrose char product, the product is treated carbon for the adsorption of lead ion experiments, we discuss the charcoal product, soaking temperature, pH value and other single factor affecting the adsorption of lead ions; adsorption and carbon products have been commercialized with some comparing sorbent; experiments achievedgood results, indicating that the waste char product can effectively remove lead ions in solution.

Carbon product; adsorption; lead ions

G633.8

A

1009-220X(2016)02-0081-04 DOI: 10.16560/j.cnki.gzhx.20160219

2016-3-12

吴晓莉（2000～），女，大学预科，初级助理，主要从事有机催化的研究。

阳志高（1981～），男，硕士研究生；主要从事有机化学合成等研究。oyzg1790201@163.com