均苯四甲酸二酐改性柚子皮对铅离子吸附性能研究

潘沛玲

均苯四甲酸二酐改性柚子皮对铅离子吸附性能研究

潘沛玲

（肇庆医学高等专科学校，广东 肇庆 526200）

以模拟含铅废水为研究对象，实验研究均苯四甲酸二酐改性柚子皮吸附剂对铅离子的去除能力。研究改性柚子皮吸附剂的加入量、粒径大小、吸附时间、pH、温度等因素对废水中铅去除率的影响。结果表明：均苯四甲酸二酐改性柚子皮吸附法处理过的废水中铅的含量为（0.034 4±0.004 4）mg/L，耗时40 min，铅的去除率为96.56%。

铅；均苯四甲酸二酐；改性；柚子皮

废水中各种重金属引起的水污染对人类和环境都造成了很大的影响。重金属离子主要是通过工业废水、城市生活废水和各种采矿废水排放到自然环境中［1,2］。重金属铅的毒性非常大，它不仅会抑制动植物生长，而且还会危害动物及人类的健康[3]。铅及其化合物如果进入机体后将对多个系统（神经、造血、消化、肾脏、心血管和内分泌等）造成危害，若含量过高则会引起铅中毒。控制废水中铅的含量，减少其对环境的污染是非常必要的。传统的处理重金属方法包括电解法、吸附法、化学沉淀法、离子交换法、膜分离法等，它们在含铅废水的处理上应用非常多，但是这些方法成本较高，而且很难到达国家排放标准，同时容易造成二次污染[4]。

本研究以均苯四甲酸二酐为改性剂，柚子皮为吸附剂原料，制备改性柚子皮吸附剂。该制备方法简便、低成本、无二次污染。本研究的目的在于探明均苯四甲酸改性柚子皮对水中Pb2+的吸附性能以及影响因素。

1 材料与准备

1.1 试剂

H2SO4、NaOH、N,N-二甲基甲酰胺、均苯四甲酸二酐、乙二胺四乙酸二钠、Pb(NO3)2，以上试剂均为分析纯。

1.2 仪器

50 mL具塞比色管、恒温振荡器、原子吸收分光光度计、数控超声波清洗器、喷雾干燥机、pH计、恒温水浴锅、电子分析天平、分子筛等。

1.3 改性柚子皮制备

把洗干净的柚子皮置于80 ℃恒温干燥箱中烘干，粉碎，得到柚子皮1，备用。把1 000 mL 30%异丙醇加入50 g 柚子皮1，在室温下浸泡搅拌24 h，抽滤后，将样品置于80 ℃ 的恒温干燥箱中烘干，得到柚子皮2。在500 mL 1% NaOH 中加入20 g 柚子皮2，浸泡搅拌 24 h后抽滤，并用蒸馏水洗至近中性后烘干，得柚子皮3。将20.0 g均苯四甲酸二酐加入 500 mL N,N-二甲基甲酰胺中，完全溶解后加入 15.0 g柚子皮3，于80 ℃反应3 h后离心，用去离子水、0.01 mol/L NaOH溶液洗涤产物数次，离心后将产物置于80 ℃烘箱中烘干得改性柚子皮4。将15 g柚子皮4置于烧杯中，加入1% 草酸500 mL，浸泡搅拌 24 h，抽滤，然后用蒸馏水洗多次，抽滤后，将样品置于80 ℃的恒温干燥箱中烘干，得到均苯四甲酸二酐改性柚子皮吸附剂。加入异丙醇的目的是去除柚子皮中小分子极性物质以及色素；氢氧化钠的皂化处理目的是使甲酯化的羧基水解变为羧基；与草酸反应，是在纤维素上引进羧基基团，使得表面亲水基团增加，提高活性官能团的数目，使得吸附性能提高。

1.4 模拟Pb2+溶液的制备

铅标准储备液（1 mg/mL）：精密称取1.598 0 g Pb(NO3)2溶解于10 mL 6 mol/L HNO3中，配制成1 000 mL溶液，备用。

硝酸铅工作液（50 μg/mL）：用移液管移取5 mL的1 mg/mL的铅标准储备液稀释配制成100 mL溶液，备用。

2 实验与讨论

2.1 标准曲线的绘制

在6个50 mL容量瓶中分别加入硝酸铅工作液0、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0 mL，然后分别加入1 mL 6 mol/L HNO3溶液，加水稀释至刻度，摇匀备用。以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，在280 nm波长处测定吸光度并绘制标准曲线，如图1所示。

图1 铅标准工作曲线图

2.2 吸附效果的测定

吸附剂吸附量计算公式:

重金属去除率计算公式：

— 重金属去除率，%；

0— 初始浓度，mg/L；

— 平衡浓度，mg/L；

— 溶液体积，mL；

— 吸附剂用量，g。

2.2.1 测定吸附平衡时间

在装有模拟含铅废水的锥形瓶中加入一定量的均苯四甲酸二酐改性柚子皮，振荡，每隔10 min取水样测定铅含量，当前后两次测出水样中铅含量接近时，可以把该时间看成吸附平衡时间[5]。

在锥形瓶中加入100 mL经稀释后的模拟含铅废水水样，然后加入20 g均苯四甲酸二酐改性柚子皮，每隔10 min取样测定铅含量，计算吸附量。实验结果如图2所示。

如图2所示，吸附时间增加，吸附量也随着增加，但是当吸附时间大于40 min后，吸附量随时间改变不大， 可以认为改性柚子皮的吸附量在40 min基本达到恒定。所以，我们可以确定在利用均苯四甲酸二酐改性柚子皮吸附法去除模拟废水铅的实验中吸附平衡时间为40 min。

图2 吸附平衡时间曲线

2.2.2 改性柚子皮加入量对吸附的影响

把5、10、15、20、25、30 g均苯四甲酸二酐改性柚子依次加入6个干净的锥形瓶中，然后各加入100 mL模拟含铅废水水样。在室温下振荡至吸附平衡后分别取样测铅含量，计算去除率。实验结果见表1所示。

表1 改性柚子皮加入量对吸附的影响

从表1中可以看出，去除率随着改性柚子皮加入量的增加而增大，当改性柚子皮的加入量从0.05 g/mL到0.10 g/mL时，模拟废水中重金属铅的去除率也由94.93%增大到96.67%。然而从实验数据我们可以看到，当加入量大于0.10 g/mL时，去除率并没有明显的改变。这说明在达到吸附饱和之前，废水中铅的去除率随着加入量的增加而升高。因此， 0.10 g/mL是改性柚子皮最合适的加入量。

2.2.3 pH对吸附性能的影响

在5个锥形瓶中都加入100 mL模拟含铅废水水样，同时利用NaOH和H2SO4溶液将溶液的pH值分别调节至3.00、5.00、7.00、9.00、11.00，然后各加入10 g均苯四甲酸二酐改性柚子皮，振荡至吸附平衡后分别取样测定吸附后废水铅含量，实验结果如表2所示。

表2 pH值对吸附性能的影响

从表2数据分析，pH小于7时，pH值越大去除率也越大；pH等于7或者大于7时，去除率变化不大。因此改性柚子皮吸附废水中铅的最佳pH为7。以下实验在中性条件下进行。适当的pH值可以改变吸附剂表面的吸附性能，这是由于溶液中的H+会和吸附剂表面的-C=O 、-CHO、-COOH 、-OH等结合，与吸附剂表面官能团结合了的H+随着溶液pH值的升高而离解，造成大量的活性中心暴露在外面，重金属离子因为占据了大量的活性中心而被吸附，因此pH值越大吸附量也就越大。

2.2.4 温度对吸附性能的影响

在5个干净的锥形瓶中各加入100 mL模拟含铅废水水样，同时利用NaOH和H2SO4溶液把pH值都调至中性，然后各加入10 g均苯四甲酸二酐改性柚子皮，同时用恒温水浴锅分别把温度控制在26、28、30、32、34 ℃，振荡40 min至吸附平衡，分别取样测定吸附后废水中铅含量，计算废水中铅的去除率。温度对吸附的影响如图3所示。

图3 温度对吸附性能的影响

从图3可以得出，吸附能力随温度升高反而降低，在室温下吸附效果较好。这是因为吸附反应是吸热反应，温度升高时分子热运动加剧，导致吸附平衡破坏，吸附剂对重金属的吸附量降低。

2.2.5 颗粒大小吸附性能的影响

在5个干净的锥形瓶中各加入100 mL模拟含铅废水水样，同时利用NaOH和H2SO4溶液把溶液的pH值调至中性，然后把10 g 80、100、120、140、160目的均苯四甲酸二酐改性柚子皮分别加入其中，在室温下吸附40 min后分别取样测定吸附后废水中铅含量，计算去除率，实验结果见表3。

从表3数据可知，吸附能力的大小与吸附剂的粒径有关，粒径越小，吸附能力越强。这是由于吸附剂粒径越小，孔隙扩散速度反而越快，吸附性能就越强。考虑成本、工艺等因素该实验选择100目的均苯四甲酸二酐改性柚子皮。

表3 粒径大小对吸附性能的影响

综合考虑，均苯四甲酸二酐改性柚子皮对铅离子的最佳吸附条件是：温度为室温，pH值为7，均苯四甲酸二酐改性柚子皮用量为0.10 g/mL，颗粒尺寸为 100目，吸附时间为40 min。

2.2.6 改性柚子皮吸附法去除废水中铅的实验

在6个干净的锥形瓶中各加入100 mL模拟含铅废水水样，同时利用NaOH和H2SO4溶液把溶液的pH值调至中性，同时加入100目10 g均苯四甲酸二酐改性柚子皮，在室温下反应40 min后分别取样测定吸附后废水中铅含量，计算去除率，实验结果见表4。

表4 改性柚子皮吸附法去除铅实验

3 结 论

从实验数据可以得出，在最佳吸附条件下废水中铅的去除率达到96.50%以上，处理后的废水铅含量平均为0.034 4 mg/L，达到国家排放标准。实验的标准偏差为0.004 4，实验精确度符合分析标准。

［1］李增新，薛淑云. 廉价吸附剂处理重金属离子废水的研究进展[J]. 环境污染治理技术与设备，2006，7（1）：6-11．

［2］乔秀丽.化学实验室无机废液处理的方法探讨[J].绥化学院学报，2006，26（6）：167-168.

［3］陈新苗，冯小军，曹红梅.实验室废水处理浅析[J].中国校外教育，2009（8）：132.

［4］廖江芬，张波，袁良财.我国水处理剂的研究现状[J].化工生产技术，2005，12（2）：39-43.

［5］罗均，葛静微，杨晓波，等.改性柚皮纤维素对 Pb2+的吸附动力学研究[J]. 食品科学，2010，31（3）：87-90.

Study on the Adsorption Property of Lead Ion on Grapefruit Peel Modified by Pyrotropic Dianhydride

（Zhaoqing Medical College, Guangdong Zhaoqing 526200, China）

Taking simulated lead-containing wastewater as a research object, the removal ability of lead ion by grapefruit peel modified by pyromellitic dianhydride was studied experimentally. The effect of the amount of adsorbent, pH, time, temperature and particle size of adsorbent on the removal rate of lead from wastewater was investigated. The experimental results showed that, the lead content in the wastewater treated by the adsorption process was (0.0344±0.0044) mg/L,the lead removal rate was 96.56% after 40 minadsorption.

lead; pyromellitic dianhydride; modification; grapefruit peel

2019年肇庆医学高等专科学校教科研项目，项目号：2019K22。

2019-04-13

潘沛玲（1982-），女，讲师，硕士，广东四会人，2014年毕业于广东工业大学化学工程专业，研究方向：废水中重金属处理。

X703

A

1004-0935（2020）04-0351-04