花生壳生物质炭对铅离子去除效果的研究

滕福康

(西北民族大学 化工学院，甘肃 兰州 730000)

近年来，水污染事件频发，其中重金属对环境的污染受到了广泛的关注[1]，在我国通过的《重金属污染综合整治实施方案》[2]、《全国城市饮用水水源地环境保护规划》[3]中就提到要加大重金属对水污染的处理，保障人民群众的身体健康。生物质炭是目前迅速发展的新型吸附剂材料之一，其来源广、成本低，吸附效良好且有很强的稳定性和抗氧化能力，被广泛的应用到农业、能源和环境领域[4]。因此探究生物质炭对水中重金属的去除效果对保护环境具有重大的意义[5]。

1 实验部分

1.1 材料与实验仪器

材料与试剂：试验材料花生壳榆中县附近农田，二甲酚橙(南京化学试剂股份有限公司)、醋酸钠(天津市致远化学试剂有限公司)、冰醋酸(广东予能实验室设备科技有限公司)、硝酸铅(河南升华化工产品有限公司)、高锰酸钾(河南佳辉化工产品有限公司)

仪器：DZF-6030型真空干燥箱、DF101S型集热式恒温加热磁力搅拌器、SX-G03173型高温箱式电阻炉、H/T20MM型高速离心机、UV2000型紫外可见分光光度计

1.2 花生壳生物质制备

取干花生壳30 g，放入烧杯中浸泡12 h，过滤后100℃条件下干燥20 h，磨碎得到制备花生壳生物质炭的前驱体。将花生壳放入电阻炉中进行无氧热解。无氧热解条件：氮气吹扫15 min，热解温度550℃，升到550℃后恒温3 h。取出热解产物洗涤，干燥，过100目标准筛。即可得到成品生物质炭。

图1 花生壳生物质炭制备流程

1.3 Pb2+标准工作曲线

配置参比溶液：配制好1 mg/mL的二甲酚橙溶液和pH值=6的缓冲溶液(醋酸钠和冰醋酸)，取0.5 mL和1 mL的上述溶液加入到10 mL的容量瓶中，定容。

配置待测液：先配置好1 mg/mL的硝酸铅标准溶液，再用移液管移取1 mL标准溶液加入到100 mL容量瓶中，定容后得到10 μg/mL的硝酸铅标准溶液。分别移取0.5、1、1.5、2、2.5、3 mL硝酸铅标准溶液加入到10 mL容量瓶中，分别加入0.5 mL二甲酚橙和1 mL缓冲溶液，定容后得到0.5、1、1.5、2、2.5、3 μg/mL的标准溶液。在575 nm波长处的标准曲线如图2。

图2 铅离子标准曲线

1.4 花生壳生物质炭投加量对铅离子吸附影响

在25 mL的锥形瓶中分别加入50、100、150、200、250、300 mg的花生壳生物质炭和500 mg/L的铅离子溶液，调节磁力搅拌器的温度为25℃，并振荡3 h，离心后取上清液测定铅离子的浓度，结合标准曲线计算出去除率。

从图3中可以看出，花生壳生物质炭对铅离子的吸收量随投加量的增加而迅速变大，当生物质炭的投加量为250 mg时，此时对铅离子最大吸收量达到45.13 mg/g，铅离子的去除率达99.2%。

图3 生物质炭投加量与铅离子去除率关系

1.5 锰改性花生壳生物质对铅离子吸附影响

图4 锰改性花生壳生物质与铅离子去除率关系

在烧杯中加入10 g花生壳生物质炭和1 g高锰酸钾药品，加水溶解后在磁力搅拌器上搅拌3 h，静置12 h，100℃的环境下干燥，研磨过100目的标准筛，得到改性花生壳生物质，并对铅离子溶液进行吸附实验。

从图4中可看出，锰改性后的花生壳生物质炭对铅离子去除率大大增强，溶液中铅离子的去除率达99.8%，且最大饱和吸附量已达到130.6 mg/g，与未改性的生物质炭相比吸附量明显提高。

2 结果讨论

实验结果表明，锰改性花生壳生物质炭明显好于未改性的生物质炭，改性后生物质炭是高效吸附剂，由于经过锰改性的花生壳生物质炭的碱性基团得到大幅度增加，表面疏松多孔，孔隙度和灰分含量都增大，表面的芳香性官能团更多，因此吸附性能更强。