牡蛎壳粉对Cu2+吸附性能的研究*

邓 勤，陆来仙，张瑞瑞

(钦州学院石油与化工学院，广西 钦州 535000)



牡蛎壳粉对Cu2+吸附性能的研究*

邓 勤，陆来仙，张瑞瑞

(钦州学院石油与化工学院，广西 钦州 535000)

研究了牡蛎壳粉对水中Cu2+的静态吸附性能，通过单因素实验考察了pH值、牡蛎壳粉用量、初始浓度、温度及吸附时间对牡蛎壳粉吸附Cu2+的影响。结果表明：牡蛎壳粉对Cu2+有较好的吸附效果，随着牡蛎壳粉用量增加、溶液pH的增大、温度升高及吸附时间的延长，其对Cu2+的吸附率增大。吸附平衡时间为8 h，牡蛎壳粉用量为10 g/L时其对100 mg/L Cu2+废液的吸附率达96%，吸附量为9.6 mg/g。

牡蛎壳粉；吸附；Cu2

铜的冶炼、加工以及电镀等工业生产过程中都会产生大量含铜废水，其含铜浓度从几十到上千毫克每升不等[1]，这种废水排入水体中，会严重影响水的质量，对环境造成污染。含铜废水的主要处理方法有化学沉淀法、吸附法、离子交换法、电解法等[1-9]，其中吸附法操作简单，成本低，在污水领域应用较广，常用的吸附剂有活性炭、沸石、粘土矿物等。牡蛎壳的主要成分是碳酸钙，约占全壳质量成分的88.59%～99.20%[10]。牡蛎壳具有特殊的物理结构，可分为角质层、棱柱层和珍珠层三层，经过处理可产生许多不同功能的孔穴结构。牡蛎壳能有效减少水体中多种污染物的含量，在水质改良领域具有良好的前景[11]。

目前国内对牡蛎壳吸附Cu2+的研究甚少，本文以牡蛎壳为原料，采用火焰原子吸收光谱法测定Cu2+浓度，研究牡蛎壳粉对Cu2+的吸附性能，并进一步了解牡蛎壳粉对Cu2+的吸附机理，旨在为废弃牡蛎壳的有效开发利用及制备水质改良剂提供基础。

1 实 验

1.1 实验材料

(1)原料与试剂

牡蛎壳粉样品取自钦州市鸿发市场的海鲜摊位丢弃的牡蛎壳。用刷子将其表面的附着物刷掉，洗净，在110 ℃下烘干，经粉碎机粉碎后过60目筛子，密封保存备用。

试剂：五水硫酸铜(AR)，硝酸(AR/GR)，氢氧化钠(AR)，铜标液(1000 mg/L)。

(2)主要仪器：AA-1700原子吸收分光光度计，浙江福立分析仪器有限公司；电热恒温鼓风干燥箱，上海龙跃仪器设备有限公司；中药粉碎机，AUY120电子分析天平，日本岛津；HH-2数显恒温水浴锅，国华电器有限公司；PHS-3C型pH计，上海精密科学仪器有限公司。

1.2 牡蛎壳粉对Cu2+的吸附实验

称取一定量的牡蛎壳粉，加到含Cu2+的废液中，静置吸附一定的时间后，过滤，取滤液测定其中Cu2+的残留浓度。计算牡蛎壳粉对Cu2+的吸附率和吸附量：

(1)

(2)

式中：r——去除率，%c0——吸附前Cu2+的初始浓度，mg/Lc——吸附后Cu2+的浓度，mg/Lq——牡蛎壳粉对Cu2+的吸附量，mg/gV——溶液的体积，Lm——牡蛎壳粉的质量，g

2 结果与讨论

2.1 初始pH值对Cu2+吸附的影响

室温下，将100 mL 100 mg/L Cu2+溶液用1 mol/L的HNO3和NaOH调节至不同的pH值，加入1 g牡蛎壳粉，静置吸附5 h，考察不同pH对吸附效果的影响，结果如图1所示。随着pH值升高，牡蛎壳粉对Cu2+的吸附率增大。牡蛎壳粉对pH值低于3.5的含铜液去除效果不是很好，因为牡蛎壳粉的主要成分是CaCO3，当pH值较低时，CaCO3与H+发生反应，使CaCO3的含量减少，从而降低了牡蛎壳粉的比表面积，使得吸附量降低，且浓度较高的H+会和Cu2+存在竞争吸附[12]；随着pH值的升高，牡蛎壳粉表面会带有更多的负电荷，有利于吸附带正电荷的Cu2+，当溶液的pH值大于Cu2+的理想临界pH值时，还会有沉淀产生。100 mL 100 mg/L Cu2+溶液的pH值在4.5左右，所以后面的实验不需要调节溶液的pH值。

图1 pH值对吸附率的影响

2.2 牡蛎壳粉用量对Cu2+吸附的影响

在室温下，将不同质量的牡蛎壳粉加入到100 mL 100 mg/L Cu2+溶液中，静置吸附5 h，考察牡蛎壳粉用量对吸附效果的影响，结果如图2所示。随着牡蛎壳粉用量的增加，牡蛎壳粉对Cu2+的去除率呈现先增加后趋于平稳的趋势，而吸附量则呈现减小的趋势。当吸附剂用量大于50 g/L时，Cu2+的去除率达到90%以上，但Cu2+的吸附量却很低。吸附剂的用量可以直接影响水质的处理效果及成本，在实际应用中是一个重要的指标。综合考虑Cu2+吸附量和去除率，后面的实验采用牡蛎壳粉的添加量为10 g/L。

图2 牡蛎壳粉用量对吸附效果的影响

2.3 Cu2+初始浓度对Cu2+吸附的影响

室温下，将1 g牡蛎壳粉加入到100 mL不同浓度的Cu2+溶液中，静置吸附5 h，考察Cu2+初始浓度对吸附效果的影响，结果见图3。随着溶液中Cu2+质量浓度的增加，牡蛎壳粉对Cu2+去除率略有下降，减少的幅度不是很大，说明牡蛎壳粉对Cu2+的吸附在小于200 mg/L的浓度范围内效果还是不错的。吸附量随Cu2+浓度的增加上升的幅度较大，这是由于吸附剂表面活性位点会随着浓度的增大而逐渐被占据直至达到吸附平衡，因此吸附量会相应增大。从图3的走势可以看出，牡蛎壳粉并未达到吸附饱和，如果继续增大Cu2+的初始质量浓度，其吸附量还会继续增加，由此可见牡蛎壳粉对废水中的Cu2+有较好的吸附效果。

图3 Cu2+初始浓度对吸附效果的影响

2.4 温度对Cu2+吸附的影响

将1 g牡蛎壳粉加入到100 mL 100 mg/L Cu2+溶液中，在不同的温度下静置吸附5 h，考察不同温度对吸附效果的影响，结果见图4。在30～70℃的温度范围内，牡蛎壳粉对Cu2+的去除率呈现先增大后趋于平衡的趋势，说明温度对牡蛎壳粉吸附Cu2+有一定的影响。但影响不是很明显，考虑到吸附的成本，所以取常温下吸附即可。

图4 温度对吸附率的影响

2.5 吸附时间对Cu2+吸附的影响

室温下，将1 g牡蛎壳粉加入到100 mL 100 mg/L Cu2+溶液中，静置吸附不同的时间，考察吸附时间对吸附效果的影响，结果如图5所示。在吸附作用的前5 h内，牡蛎壳粉对Cu2+的吸附速率较快，表现为吸附率有比较明显的增加，随后吸附趋于缓慢，8 h后基本趋于平衡，Cu2+的吸附率达到96%以上，吸附量达9.6～9.8 mg/g。出现此现象的原因可能是在5 h之前，吸附作用主要体现为溶液中的Cu2+由液相转移到固体吸附剂表面，速度较快，而5 h之后的吸附则是Cu2+在吸附剂孔隙中的扩散，速度慢[13]。吸附时间是影响牡蛎壳粉吸附Cu2+的一个重要因素，吸附时间过短会影响Cu2+的去除率，过长会影响经济效益，故选用适当的吸附时间是非常必要的。

图5 吸附时间对吸附效果的影响

3 结 论

(1)牡蛎壳粉用量、初始浓度、pH值、吸附时间均对牡蛎壳粉吸附Cu2+有较大的影响。

(2)牡蛎壳粉对Cu2+的吸附量大，适用的Cu2+浓度范围广。吸附平衡时间为8 h，牡蛎壳粉用量为10 g/L时其对100 mg/L Cu2+废液的吸附率达96%，吸附量为9.6 mg/g。

(3)采用牡蛎壳粉吸附含Cu2+的废水，具有设备简单，处理效果较好的优点。这种以废治废的方法，即保护了环境又有效的利用了资源，但是牡蛎壳对Cu2+吸附机理还有待进一步的研究。

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Adsorption Property of Oyster Shell Powder to Cu2+*

DENGQin,LULai-xian,ZHANGRui-rui

(College of Petroleum and Chemical Engineering, Qinzhou University, Guangxi Qinzhou 535000, China)

Adsorption characteristic of copper ion on oyster shell powder was studied and the influence of pH value, different adding amount, initial concentration of solution, temperature and adsorption time was discussed by single factor experiments. The result showed that oyster shell powder had good adsorption efficiency of copper ion, the adsorption rate increased gradually with the increase of adsorbent dosage, pH, temperature and adsorption time. The adsorption equilibrium of oyster shell powder for copper ion was 8 h,10 g/L of oyster shell powder could remove 96% of copper ion from waste water with 100 mg/L of copper ion and unit adsorption capacity of oyster shell powder was 9.6 mg/g.

oyster shell powder; adsorption; copper ion

广西高校科学技术研究项目(NO：LX2014451)。

邓勤(1983-)，女，硕士，讲师，研究方向为固体废弃物回收与资源化利用。

X714

A

1001-9677(2016)023-0063-03