香蕉皮对重金属离子铅的吸附性能研究

2019-01-14

中国无机分析化学 2018年4期

(河北省地质实验测试中心，河北保定 071051)

前言

重金属离子的危害主要分为两类，即土壤中重金属离子造成的危害和水中重金属离子造成的危害。废水中重金属离子对人类造成的危害很大[1-3]，高效地去除生活中重金属离子是众所关心的问题。本文重点研究吸附法快速、有效地去除废水中的重金属离子铅。在众多处理方法中吸附法是一种容易操作且经济可行的方法，因此吸附剂的选择是该技术的关键。随着现代社会可持续发展理念的提出和加深，近几年人们越来越关注日常生活中产生的废物可回收利用问题[4-8]。香蕉是一种较常见的水果，利用香蕉皮去除废水中的重金属离子可以变废为宝，保护环境，在污水处理方面有很高的应用价值。

本文研究了香蕉皮对重金属离子铅的吸附性能，讨论了各种因素对其吸附重金属离子铅的影响，具有操作简单、耗时短、吸附率高等优点，建立了香蕉皮对重金属离子铅的吸附方法。

1 实验部分

1.1 主要仪器

BT125D型电子精密天平(赛多利斯科学仪器有限公司)；超声波清洗器(上海科导超声仪器有限公司)；722型分光光度计(上海光谱仪器公司)；JJ-1型磁力搅拌器(常州国华电器公司)；1706型离心机(德国Hellch有限公司)。

1.2 主要试剂

硝酸铅标准储备溶液：准确称取0.779 3 g硝酸铅于烧杯中，用稀硝酸溶解后加入少量纯水并定容于500 mL容量瓶中，摇匀。取100 mL用纯水稀释至1 000 mL，摇匀，得到浓度为100.0 mg/L 的Pb溶液。其它浓度标准溶液根据实验要求用标准储备溶液逐级稀释而成。

二甲酚橙(2 .0 g/L)溶液：准确称取0.5 g二甲酚橙溶于250 mL纯水，摇匀。

六亚甲基四胺溶液：准确称取80.0 g六亚甲基四胺溶于200 mL蒸馏水中，加入适量浓盐酸，调节使溶液的pH=5.4。

1.3 实验方法

1.3.1香蕉皮的预处理

香蕉皮样品的制备：将香蕉皮用纯水洗净后冻干，用组织搅碎机磨碎，过筛备用。

1.3.2实验原理

铅离子在pH值小于6.3溶液中可以与二甲酚橙生成紫红色的多元配合物，配制一系列浓度的溶液用分光光度法进行测定，作出标准曲线，拟合得出铅离子的线性回归方程就可以计算铅离子的浓度。

1.3.3Pb标准曲线的绘制

准确移取1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 mL Pb标准溶液(100.0 mg/L)于6个50 mL容量瓶中，分别加入1 mL二甲酚橙显色剂和4 mL六亚甲基四胺缓冲溶液，用纯水稀释至刻度，摇匀。室温下显色5 min，用试剂空白作参比，在580 nm处测定各溶液的吸光度，绘制标准曲线。横坐标X代表溶液中Pb2+的浓度(mg/L)，纵坐标Y代表吸光度，得出铅离子的线性回归方程为Y=0.104 83X-0.057 23，线性相关系数R=0.999 83，说明线性关系良好。

2 结果与讨论

2.1 改性对香蕉皮吸附Pb2+性能的影响

称取5 g(粒径为380 μm)香蕉皮粉末，用250 mL盐酸(1+5)搅拌浸泡1.5 h，然后抽滤，烘干，待用。

准确移取50 mL铅标准溶液(50 mg/L)放入两个碘量瓶中，分别加入0.5 g经盐酸改性和未改性的香蕉皮，吸附30 min后静置，分别取上层清液3 mL于两个50 mL容量瓶中，分别加入1 mL二甲酚橙显色剂和4 mL六亚甲基四胺缓冲溶液，定容，以试剂空白作参比，在580 nm处测其吸光度，计算吸附率。改性后的吸附率为30.0%，未改性的吸附率为52.2%。实验结果表明，经盐酸改性的香蕉皮吸附效率较低，可能是由于大量的酸离子破坏了香蕉皮中可以吸附重金属离子的成分。测定结果如图1所示。

图1 改性对吸附Pb2+的影响Figure 1 Effect of modification on adsorption Pb2+.

2.2 吸附粒径对香蕉皮吸附Pb2+性能的影响

分别准确移取50 mL铅标准溶液(50 mg/L)放入两个碘量瓶中，分别加入0.5 g粒径为380 μm和180 μm的香蕉皮，在20 ℃下搅拌吸附30 min后静置，分别取上层清液3 mL于两个50 mL容量瓶中，加入1 mL二甲酚橙显色剂和4 mL六亚甲基四胺缓冲溶液，定容，以试剂空白作参比，在580 nm处测其吸光度，计算吸附率。测定结果如图2所示。香蕉皮粒径为380 μm时的吸附率为52.2%，粒径为180 μm时的吸附率为70.8%。

图2 粒径对吸附Pb2+的影响Figure 2 Effect of particle size on adsorption Pb2+.

实验结果表明，粒径180 μm的香蕉皮对重金属离子铅的吸附率较高。粒径较小的香蕉皮对重金属离子铅的吸附性能较好，这可能是由于香蕉皮粒径小时，香蕉皮表面积较大，和溶液接触时接触面积大。

2.3 溶液初始pH值对香蕉皮吸附Pb2+性能的影响

分别配制6组pH值分别为1、2、3、4、5、6的铅(0.2 mg/mL)溶液各100 mL，再分别移取50 mL至6个碘量瓶中，分别加入0.5 g (180 μm)香蕉皮，在20 ℃搅拌吸附30 min后静置，分别取3 mL清液于50 mL容量瓶中，加入1 mL二甲酚橙显色剂和4 mL六亚甲基四胺缓冲溶液，定容，以试剂空白作参比，在580 nm处测其吸光度，计算吸附率。测定结果如图3所示。当溶液初始pH值为5时，香蕉皮对重金属离子铅的吸附性能最好。

图3 溶液初始pH值对吸附Pb2+的影响Figure 3 Effect of initial pH value on adsorption Pb2+.

2.4 吸附剂用量对香蕉皮吸附Pb2+性能的影响

分别准确移取50 mL铅标准溶液(50 mg/L，pH=5)放入6个碘量瓶中，分别加入0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.0 g吸附剂，在20 ℃下搅拌30 min后静置，分别取3 mL清液于50 mL容量瓶中，加入1 mL二甲酚橙显色剂和4 mL六亚甲基四胺缓冲溶液，定容，以试剂空白作参比，在580 nm处测其吸光度，计算吸附率。测定结果如图4所示。当吸附剂的用量为0.2 g时，香蕉皮对重金属离子铅的吸附性能最好。吸附剂用量越大，香蕉皮对重金属铅的吸附性能越低，可能的原因是香蕉皮中含有大量的果胶，当香蕉皮用量较多时，香蕉皮就会粘在一起，0.2 g/50mL为最佳吸附剂用量。

图4 吸附剂用量对吸附Pb2+的影响Figure 4 Effect of the content of adsorbents on adsorption Pb2+.

2.5 铅离子初始浓度对香蕉皮吸附Pb2+性能的影响

分别准确移取浓度为10.0、20.0、30.0、40.0、50.0、60.0 mg/L的50 mL铅标准溶液(pH=5)放入6个碘量瓶中，分别加入0.2 g吸附剂，20 ℃下搅拌30 min后静置，分别取3 mL清液于50 mL容量瓶中，加入1 mL二甲酚橙显色剂和4 mL六亚甲基四胺缓冲溶液，定容，以试剂空白作参比，在580 nm处测其吸光度，计算吸附率。测定结果如图5所示。当初始浓度较低时，吸附效率较差，在铅离子初始浓度为50 mg/L时吸附性能最好，吸附率达到最大值87.0%。

图5 初始浓度对吸附Pb2+的影响Figure 5 Effect of initial concentration on adsorption Pb2+.

2.6 吸附温度对香蕉皮吸附Pb2+性能的影响

分别准确移取50 mL 铅标准溶液(50 mg/L， pH=5)放入6个碘量瓶中，分别加入0.2 g吸附剂，分别在温度为10、20、30、40、50、60 ℃下搅拌30 min后静置，分别取3 mL清液于50 mL容量瓶中，加入1 mL二甲酚橙显色剂和4 mL六亚甲基四胺缓冲溶液，定容，以试剂空白作参比，在580 nm处测其吸光度，计算吸附率。测定结果如图6所示。当吸附温度为30 ℃时，香蕉皮对重金属离子铅的吸附性能最好。可能是由于温度低时，香蕉皮中吸附重金属离子的成分活性较低；而高温可能破坏了香蕉皮中的有效成分。

图6 温度对吸附Pb2+的影响Figure 6 Effect of temperature on adsorption Pb2+.

2.7 吸附时间对香蕉皮吸附Pb2+性能的影响

分别准确移取50 mL 铅标准溶液(50 mg/L， pH=5)放入6个碘量瓶中，加入0.2 g吸附剂，在30 ℃下，分别搅拌15、20、25、30、35、40 min后静置，分别取3 mL清液于50 mL容量瓶中，加入1 mL二甲酚橙显色剂和4 mL六亚甲基四胺缓冲溶液，定容，以试剂空白作参比，在580 nm处测其吸光度，计算吸附率。测定结果如图7所示。当吸附时间为25 min时，香蕉皮对重金属离子铅的吸附性能最好。

图7 时间对吸附Pb2+的影响Figure 7 Effect of time on adsorption Pb2+.

2.8 精密度实验

分别准确移取50 mL 铅标准溶液(50 mg/L， pH=5)放入6个碘量瓶中，加入0.2 g吸附剂，在30 ℃下，吸附25 min。取上层清液3 mL于50 mL容量瓶中，加入1 mL二甲酚橙显色剂和4 mL六亚甲基四胺缓冲溶液，定容，以试剂空白作参比，在580 nm处测其吸光度，计算吸附率，测定结果见表1。结果显示方法精密度良好。

表1 精密度实验结果

2.9 准确度实验

准确移取50 mL铅标准溶液(50 mg/L)于碘量瓶中，加入0.2 g吸附剂，在30 ℃下，pH=5，吸附25 min后。分别准确移取上层清液3 mL于50 mL容量瓶中，加入1 mL二甲酚橙显色剂和4 mL六亚甲基四胺缓冲溶液，定容，以试剂空白作参比，对同一样品平行6次在580 nm处测其吸光度，计算吸附率，测定结果见表2。结果表明方法准确度良好。