用竹叶作为生物吸附材料吸附水中重金属铅的研究

赵志霄

（上海博优测试技术有限公司，上海200237）

我国水环境中重金属的污染日益严重，治理水环境重金属污染的方法有很多，如化学吸附法、生物吸附法，其中利用生物吸附法去除水中的重金属被认为是对环境友好的一种方法，因为利用生物吸附材料处理重金属不会对环境造成二次污染，未来一定会被越来越重视。本文主要利用竹叶作为生物吸附材料去除水中重金属铅离子，并确定了各参数的最佳量。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

SHA-B数显水浴恒温振荡器、HX15粉碎机、AL104电子天平、AA6000火焰原子吸收分光光度计；盐酸、硝酸、硝酸铅、氢氧化钠，均为分析纯，购于国药集团化学试剂有限公司。

1.2 材料与方法

采摘新鲜的竹叶，清洗，将洗净的竹叶烘干，等其完全烘干后，利用粉碎机将竹叶进行粉碎处理。分别配制浓度为1、2、3、4、6mg/L和8mg/L的铅溶液，用火焰原子吸光光度计测量其吸光度，并绘制标准曲线。标准曲线如图1所示。

图1 铅的标准曲线图

1.3 铅浓度的确定

移取20mL浓度为20、30、40、50、60 mg/L和80 mg/L的铅离子溶液于250mL的锥形瓶内，吸附是在转速为120 r/min的恒温振荡器上进行，控制吸附时间、投加量、pH值不变。每组3个重复，用火焰原子吸光光度计测量其吸光度的变化，取平均值减少误差，共18个。

1.4 振荡时间的确定

取20mL的铅离子溶液于250mL的锥形瓶内，吸附是在转速为120 r/min的恒温振荡器上进行，控制pH、投加量不变，只改变振荡时间。振荡时间分别为5、15、30、60、120、180 min 和 300 min，每组 3 个重复，用火焰原子吸光光度计测量其吸光度的变化，取平均值减少误差，共21个。

1.5 pH的确定

取20mL的铅离子溶液于250mL的锥形瓶内，吸附是在转速为120 r/min的恒温振荡器上进行，控制在最佳振荡时间，生物吸附材料的投加量不变，只改变pH。pH分别为2、3、4、5和6，每组3个重复，用火焰原子吸光光度计测量其吸光度的变化，取平均值减少误差，共15个。

1.6 投加量的确定

取20 mL的铅离子溶液于250mL的锥形瓶内，将pH调节到最佳，控制在最佳振荡时间下，投加量分别为0.025、0.05、0.1、0.2 g，每组3个，配制15个，吸附是在转速为120 r/min的恒温振荡器上进行，分别用火焰原子吸光光度计测吸光度，确定最佳竹叶生物吸附材料的投加量。

1.7 解吸实验

在250mL锥形瓶里加入0.15 g和0.2 g各三个吸附后的竹叶生物吸附材料，分别加入20 mL 0.2 mol/L的稀硝酸（取9mL硝酸（68%）到500mL容量瓶配成），解吸是在转速为120 r/min的恒温振荡器上进行，振荡时间为1h，静置，取样，用火焰原子吸收分光光度计法测定解吸情况。

2 结果与讨论

2.1 度的结果分析

本实验过程是控制pH为4，投加量为0.15g，振荡时间为1h，只改变铅浓度的条件下进行，结果如图2所示。

图2 铅浓度与去除率之间的关系图

从图2中可以看出，铅浓度为30mg/L左右时去除率达到最高值，之后处理效果不断下降，最终趋于平稳状态，所以处理的最佳铅浓度在30mg/L左右，因此，下列实验都是选择30mg/L的铅浓度进行。在30mg/L左右时，利用竹叶作为生物吸附材料去除铅的去除率可以达到90%以上，这就说明竹叶生物吸附材料的去除效果很好。

2.2 振荡时间结果分析

本实验过程是控制pH为4，铅浓度为30mg/L，投加量为0.15g，只改变振荡时间的条件下进行，结果如图3所示。

从图3可以看出，刚开始随着振荡时间的增加去除率不断上升，并且增长的幅度较大，类似于指数增长，当振荡时间到达30 min时达到吸附饱和，随着振荡时间的增加去除率不再发生明显的变化，基本趋于平稳状态。因此，可以将以下实验控制在30 min左右的振荡时间下进行测定。30min之后随着时间的增加去除率基本不变维持在90%以上，这就说明竹叶生物吸附材料的吸收具有很好的稳定性，只要外部条件不发生变化，那么竹叶生物吸附材料一旦达到饱和，它就不会随着振荡时间的增加而使得去除率下降。

图3 振荡时间与去除率之间的关系图

2.3 pH的结果分析

本实验过程是控制铅浓度为30mg/L，振荡时间为30min，投加量为0.15g，只改变pH的条件下进行的，结果如图4所示。

图4 pH与去除率之间的关系图

从图4可以看出，随着pH的增加，去除率没有明显的变化；在达到pH为4时开始呈现上升趋势，当pH达到5左右时去除率达到最高点，之后随着pH的升高，去除率呈现下降的趋势，所以处理效果的pH应该在5左右。在下列实验进行时控制pH在5左右。

2.4 投加量的结果分析

本实验过程是控制铅浓度为30 mg/L，pH为5，振荡时间为30 min，只改变投加量的条件下进行的，结果如图5所示。

图5 投加量与去除率之间的关系图

从图5可以看出，在铅浓度为30mg/L时，随着投加量的不断增加，去除率也呈现上升的趋势，在投加量达到0.15g左右时去除率达到最高值，之后随着投加量的不断有小幅的下降，这就说明投加量在0.15g左右时已经达到了饱和值，所以通过这个实验过程可以确定出最佳投加量应该在0.15g左右。从中可以看出，竹叶生物吸附材料对重金属的去除率并不是随着投加量的增加而增加的，它也是具有饱和点的，甚至当达到饱和点之后，投加量的增加可能会对竹叶生物吸附材料的去除率起到抑制的作用。

表3 解吸实验的实验数据

2.5 解吸后最佳变量下去除铅效果的数据处理与结果分析

解吸实验是控制pH为5，投加量为0.15 g和0.2 g，铅浓度为30mg/L，振荡时间为30 min的条件下进行的,分别与上面实验数据对比得出结果。

解吸实验后竹叶对铅的去除率与第一次使用竹叶进行吸附时进行比较可以看出，去除效果有所下降，但下降的量并不是很多，在实验误差之内的，因为在解吸时，竹叶存在一定的流失。所以说，这个解吸实验总体上比较成功，并且可以看出竹叶可以在解吸之后被再次的利用,这样可以提高资源的利用率。

通过实验的结果可以看出，利用竹叶处理重金属铅污染是可行的，并且竹叶在吸附之后进行解吸可以被再次的利用，可以在实际运用中充分的提高资源的利用效率，减少成本的投入。最终的实验结果显示，在移取铅污染的废水20 mL时，竹叶生物吸附材料处理水环境中重金属铅的铅浓度在30 mg/L、pH为5左右、振荡时间为30 min、投加量为0.15 g。并且吸附材料可以被再次利用。

3 结论

铅浓度、振荡时间、pH以及吸附剂的投加量或多或少都会对吸附的效果产生影响。

（1）铅浓度为30 mg/L时铅的去除率达到最佳值，随着铅浓度的不断增加铅的去除率不断下降，振荡时间在30min时达到吸附饱和，随着振荡时间的增加铅的去除率不在发生变化，pH在5左右达到铅的去除率的最佳值，随着pH的不断增加铅的去除率不断下降，吸附剂的投加量在0.15g时铅的去除率达到最佳值，随着吸附剂投加量的增加铅的去除率不再发生明显的变化。所以各影响参数应该控制在铅浓度30mg/L，振荡时间30 min，pH为5，吸附剂的投加量0.15g，这样可以达到最佳处理效果。

（2）从最佳铅浓度为30mg/L，可以看出生物吸附材料也存在一定的弊端，生物吸附材料处理重金属时，对浓度很高的污染物的处理效果较低，所以如果选用该方法对重金属进行处理的话，就要对重金属的废水进行稀释处理，按照比例稀释到生物吸附材料处理的最佳重金属污染物溶度的附近。但总体上生物吸附法去除水中重金属的方法的优点大于弊端，其中二次污染物的产生极少甚至没有这是该处理方法的最大优势。