浒苔活性炭对重金属离子Cu2+的吸附性能研究

2018-09-22刘忠晓

绿色科技 2018年16期

刘忠晓

(山东省荣成市环境保护局,山东荣成 264300)

1 引言

水是生命赖以生存和发展的重要资源。然而，随着我国工业水平的不断提高，水污染事件也日益增多，严重威胁人们的用水安全[1]。其中，由于人类活动如采矿、工业排废等产生的重金属废水是对环境和人类危害最为严重的一种。

活性炭具有稳定、比表面积大而且环境友好的特点，因此可用来去除污染水体中的重金属离子。制备活性炭的材料有多种，近年来采用废弃生物质，如椰壳[2]、稻壳[3]、木屑[4]等，制备高性能活性炭成为热点。浒苔属于绿藻门石莼科，是一种大型海藻，近年来频繁在中国沿海大规模爆发引发严重的生态灾害。浒苔来源广泛、价格低廉，因此，本研究以浒苔制备活性炭并研究其对重金属离子Cu2+的吸附能力。对拓展活性炭的原料来源，探索浒苔在环境保护方面的高值化利用具有重要的借鉴意义。

2 实验部分

2.1 试剂

氢氧化钠、氢氧化钾、硫酸铜、盐酸均购自国药集团化学试剂有限公司，所用试剂均为分析纯。

2.2 样品采集与处理

浒苔样品采自青岛第二海水浴场。浒苔去除杂质后以自来水洗净，烘干，粉碎过100目筛，即得浒苔原料。

2.3 浒苔活性炭的制备

以KOH为活化剂制备浒苔活性炭。将浒苔粉末炭化炉中，在氮气保护下，450 ℃炭化120 min。降至室温后取出炭化料，然后将炭化料与KOH粉末以1∶2(w/w)混合均匀。再将混合料置于炭化炉中，750 ℃活化60 min。然后，分别以稀盐酸(1M)和去离子水洗涤碳化物直至中性，干燥后即得浒苔活性炭。

2.4 吸附试验

2.4.1 吸附动力学试验

1 L容积的三角瓶中加入300 mL质量浓度为100 mg/L的Cu2+溶液，并将其置于恒温振荡器中，加入浒苔活性炭样品使其终浓度为500 mg/L。立即开始计时，并开始振荡，速度为120 rpm。按照预先设定时间间隔取样，直至剩余溶液达到稳定。取样后以0.45 μm滤膜对样品进行过滤，取上层清液测定其在450 nm下的吸光度，通过标准曲线计算浓度。浒苔活性炭对Cu2+的吸附量(q，mg/g)采用公式计算：

(1)

式(1)中，q为平衡吸附容量，mg/g；C0为初始浓度，mg/L；Ct为平衡浓度，mg/L；V为溶液体积，L；m为吸附剂质量，g。

2.4.2 影响因素试验

考察吸附温度、吸附剂用量、溶液pH值对浒苔活性炭吸附性能的影响。在250 mL三角瓶中加入100 mL浓度为100 mg/L的Cu2+溶液。在考察吸附温度影响时，将恒温振荡器的温度设定在20～60 ℃，然后加入浒苔活性炭启动吸附过程。考察吸附剂用量的影响时，按照1∶1～10∶1(w/w)加入浒苔活性炭。考察酸碱度的影响时，将溶液pH值用1M盐酸和1M氢氧化钠调节为2.0～8.0。将以上溶液体系置于恒温振荡器内振荡，速度为120 r/min。24 h充分吸附平衡后，取样利用普析T1810紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)，在波长450 nm下测定溶液中Cu2+质量浓度，按照2.4.1中的方法计算吸附量(q)。

3 结果与讨论

3.1 吸附动力学分析

浒苔活性炭对Cu2+吸附为动态过程。由图1可知，浒苔活性炭的吸附容量随时间延长而升高，在1.5 h内浒苔活性炭吸附容量迅速变化并趋于饱和。接近吸附平衡后继续增加吸附时间，浒苔活性炭的吸附容量变化不大。此外，由图1可知，浒苔活性炭的平衡吸附容量为24.5 mg/g。

图1 浒苔活性炭对Cu2+的吸附动力学曲线

3.2 影响浒苔活性炭吸附能力的因素

温度影响浒苔活性炭的吸附能力。由图2(a)可知，在20～50 ℃的温度范围内，浒苔活性炭对Cu2+的吸附能力虽温度升高而升高，并在35 ℃达到最大值，随后呈下降趋势。这是因为浒苔活性炭对Cu2+吸附主要是物理吸附，虽然温度升高有利于提高吸附能力但是也会导致解吸速度加快，进而导致吸附能力下降。浒苔吸附剂的用量影响浒苔活性炭的吸附容量。对固定浓度的铜离子溶液，活性炭用量越多，其吸附Cu2+的总量越大。但从经济和效率考虑，浒苔活性炭的用量并非越多越好。由图2b可知，提高活性炭与铜离子的质量比，浒苔活性炭的吸附能力成下降趋势。因此，在实际应用中应选择合适的吸附剂用量。溶液pH值的变化显著影响浒苔活性炭的吸附能力，在pH值在5.0～8.0范围内活性炭的吸附能力较强，其中在pH值为7.0最好(图2c)。