壳聚糖交联不溶性腐殖酸小球吸附Pb(II)的动力学研究

魏云霞，马明广

(兰州城市学院 化学与环境科学学院，甘肃 兰州 730070)



壳聚糖交联不溶性腐殖酸小球吸附Pb(II)的动力学研究

魏云霞，马明广

(兰州城市学院 化学与环境科学学院，甘肃 兰州 730070)

利用实验室自制的壳聚糖交联不溶性腐殖酸小球为吸附剂，研究其对Pb(II) 吸附动力学行为. 结果表明：当Pb(II) 初浓度分别为50、150和250 mg/L时，吸附均在5 h达平衡. 而且Pb(II) 的初浓度为50和150 mg/L时，吸附速率可按一级反应处理.

壳聚糖；吸附；重金属离子；动力学

铅是水体中有毒优先污染物之一. 含铅废水用于灌溉和工业应用都会对人体产生危害包括肾的损伤和血液病等[1-2]，因此，降低水体和废水中铅离子的浓度是非常有必要的. 目前，已有很多重金属离子去除方法的报道，如过滤、反渗析、化学沉淀、离子交换和电沉积等. 这些技术存在一些不可忽视的缺点，如效率不高或者成本昂贵，尤其处理废水中低浓度的重金属离子时，表现更为明显. 吸附被认为是物理化学处理过程中一种高效、廉价并易于操作的方法. 本文作者以实验室自制壳聚糖交联不溶性腐殖酸小球为吸附剂，研究其对污水中Pb(II)的吸附动力学特点.

1　实验部分

1.1试剂与仪器

壳聚糖，济南海得贝海洋生物工程有限公司,化学纯；腐殖酸，天津市光复精细化工研究所环氧氯丙烷，化学纯；氢氧化钠，上海玻尔化学试剂有限公司，分析纯；硝酸铅，上海玻尔化学试剂有限公司，分析纯；乙醇，上海玻尔化学试剂有限公司，分析纯.

原子吸收分光光度计，TAS-990；恒温水溶振荡器，SHZ-88.

1.2实验方法

1.2.1吸附实验

取3支洁净的水浴振荡管编号1号、2号、3号分别对应硝酸铅浓度50、150、250 mg/L. 在3支水浴振荡管中各加入3种不同浓度的硝酸铅50 mL. 在其中加入壳聚糖交联不溶性腐殖酸小球2 g迅速将振荡管放入振动器中振荡.

该实验共有10组样品，以吸附时间的不同进行分组. 吸附时间分别为0.5、1.0、1.5、2.0、4.0、6.0、8.0、12、16、24 h. 将加入了硝酸铅和壳聚糖交联不溶性腐殖酸小球的水浴振荡管从置入水溶振荡器起开始记录时间，依据上述分组时间将样品取出水浴振荡器. 每组样品操作3次. 达到吸附时间后的水浴振荡管应迅速取出水浴振荡器并过滤.

1.2.2标准曲线的绘制

配置浓度梯度分别为5、10、25、30、35、40 mg/L的硝酸铅标准溶液. 利用原子吸收分光光度计进行测量，得到数据并绘制曲线，如图1.

图1　铅离子标准曲线Fig.1　Standard curve of Pb(II)

1.2.3Pb(II)的测定

测定出Pb(II)的的平衡浓度，利用已知浓度和公式1分别对不同浓度的Pb(II)进行的计算，得到一系列的吸附量数据.

(1)

ρ0—含Pb(II)溶液的初浓度 mg/L,ρe—吸附后平衡浓度 mg/L,V—溶液体积 mL,M—吸附剂用量 g,Q—吸附量 mg/g.

2　结果与讨论

2.1壳聚糖交联不溶性腐殖酸小球的制备与表征

参照文献[3]成功制备CTS@IHA小球并对其进行了物理性质研究. 红外光谱和SEM等分析结果表明，实验制得的CTS@IHA小球表面含-OH、-NH2等功能基团，而且表面粗糙，呈多孔结构.

2.2壳聚糖交联不溶性腐殖酸小球处理含铅离子废水的吸附动力学

2.2.1壳聚糖交联不溶性腐殖酸小球对初浓度为50 mg/L铅溶液的吸附动力学

如图2以吸附时间作为横坐标，以吸附量作为纵坐标作图得出壳聚糖交联不溶性腐殖酸小球对铅离子(50 mg/L)吸附的动力学曲线. 在刚开始时，吸附速率较快，吸附量从1.2 mg/g增加到了3.7 mg/g. 约5.5 h后，吸附速率变慢. 在5.5 h到16 h的吸附过程中，铅离子几乎没有被吸附. 在16 h到24 h的吸附过程中，铅离子又被吸附了一些，但是被吸附的量很少.

图2　壳聚糖交联不溶性腐殖酸小球对浓度为50 mg/L铅溶液的吸附曲线Fig.2　Adsorption curve of pb(II) onCTS@IHA (ρ=50 mg/L)

2.2.2壳聚糖交联腐殖酸小球对初浓度为150 mg/L铅溶液的吸附动力学

如图3以吸附时间作为横坐标，以吸附量作为纵坐标作图得出壳聚糖交联不溶性腐殖酸小球对铅离子(150 mg/L)吸附的动力学曲线. 在前3 h内，吸附速率很快，吸附量从2.2 mg/g增加到8.7 mg/g. 吸附量从图像近似直线. 在3 h到11 h内，吸附速率变慢，从8.7 mg/g增加到11.2 mg/g. 在11 h以后几乎没有变化.

图3　壳聚糖交联不溶性腐殖酸小球对浓度为150 mg/L铅溶液的吸附曲线Fig.3　Adsorption curve of pb(II) onCTS@IHA (ρ=150 mg/L)

2.2.3壳聚糖交联腐殖酸小球对铅离子初浓度为250 mg/L的吸附动力学

如图4以吸附时间作为横坐标，以吸附量作为纵坐标作图得出壳聚糖交联不溶性腐殖酸小球对铅离子(250 mg/L)吸附的动力学曲线. 在前1.5 h内，吸附量急剧增长，从1.8 mg/g增加到5.5 mg/g. 在1.5 h到8.1 h内，吸附量依旧增长但是增长量变慢，从5.5 mg/g增加到11.1 mg/g. 在8.1 h到24 h之内，吸附量还是在增长并且增长量再次变低，从11.1 mg/g增加到13.5 mg/g.

图4　壳聚糖交联不溶性腐殖酸小球对浓度为250 mg/L铅溶液的吸附曲线Fig.4　Adsorption curve of pb(II) onCTS@IHA (ρ=250 mg/L)

2.2.4壳聚糖交联腐殖酸小球对初浓度为50 mg/L铅溶液吸附动力学的线性拟合

常用的吸附动力学拟合模型有Lagergren一级动力学模型，Lagergren二级动力学模型和内扩散模型. 如图5以吸附时间作为横坐标，以吸附量的自然对数作为纵坐标作图，进行动力学非线性拟合，由R2=0.975 7以及线性曲线可以看出，壳聚糖交联腐殖酸小球对铅离子的吸附属于一级模型.

图5　CTS@IHA对初浓度为50 mg/L含Pb(Ⅱ)溶液的吸附动力学拟合曲线Fig.5　Kinetic plot for Pb(II) at 50 mg/Linitial concentration

2.2.5壳聚糖交联腐殖酸小球对初浓度为150 mg/L铅溶液吸附动力学的线性拟合

如图6以吸附时间作为横坐标，以吸附量的自然对数作为纵坐标作图，进行动力学非线性拟合，由R2=0.926 9以及线性曲线可以看出，壳聚糖交联腐殖酸小球对铅离子的吸附不属于一级模型. 所以可以得出结论，对于壳聚糖交联不溶性腐殖酸小球吸附浓度比较高的含铅废水时，模型不为一级模型.

图6　CTS@IHA对初浓度为150 mg/L含Pb(Ⅱ)溶液的吸附动力学拟合曲线Fig.6　Kinetic plot for Pb(II) at 150 mg/Linitial concentration

3　结论

利用实验室自制壳聚糖交联不溶性腐殖酸小球为吸附剂，该吸附剂经红外光谱和SEM等手段表征，结果表明，实验制得的CTS@IHA小球表面含-OH、-NH2等功能基团，而且表面粗糙，呈多孔结构. 通过测定壳聚糖交联不溶性腐殖酸小球对Pb(II)吸附动力学行为，得出以下结论：当含Pb(II)溶液初浓度分别为50、150和250 mg/L时，吸附均在5 h达平衡. 吸附量分别为3.8、11.6、13.7 mg/g. 而且当含Pb(II)溶液初浓度为50 mg/L、150 mg/L时吸附可按一级动力学模型处理.

[1] GOYER R A, MEHLMAN M A. Toxieology of trace elements [M]. New York: John Wiley & Sons Ine, 1997.

[3] 魏云霞, 马明广, 李生英, 等. 壳聚糖交联不溶性腐殖酸吸附剂的制备及其吸附性能[J]. 离子交换与吸附, 2016, 32(1): 43-53.

[责任编辑：刘红玲]

Kinetics of adsorption of Pb(II) by chitosan cross-linked insolublized humic acid beads

WEI Yunxia*, MA Mingguang

(CollegeofChemistryandEnvironmentalScience,LanzhouCityUniversity,Lanzhou730070,Gansu,China)

Batch experiments were carried out for the sorption of Pb(II) onto chitosan cross-linked insolublized humic acid beads. The operating studied was initial adsorbent concentration including 50, 150 and 250 mg/L. The sorption was analyzed using kinetic models and the sorption kinetics was found to follow a first-order kinetic model.

chitosan; adsorption; heavy metal ions； kinetics

2016-05-01.

兰州城市学院教学研究项目(2014-jy-22).

魏云霞(1980-), 女, 副教授, 研究方向为环境污染修复化学生物学及环境友好材料的制备.*

, E-mail:weiyx07@lzu.edu.cn.

X131.2

A

1008-1011(2016)05-0554-03