殼聚糖交聯(lián)不溶性腐殖酸小球吸附Pb(II)的動力學研究

魏云霞，馬明廣

(蘭州城市學院 化學與環(huán)境科學學院，甘肅 蘭州 730070)

?

殼聚糖交聯(lián)不溶性腐殖酸小球吸附Pb(II)的動力學研究

魏云霞，馬明廣

(蘭州城市學院 化學與環(huán)境科學學院，甘肅 蘭州 730070)

利用實驗室自制的殼聚糖交聯(lián)不溶性腐殖酸小球為吸附劑，研究其對Pb(II) 吸附動力學行為. 結(jié)果表明：當Pb(II) 初濃度分別為50、150和250 mg/L時，吸附均在5 h達平衡. 而且Pb(II) 的初濃度為50和150 mg/L時，吸附速率可按一級反應處理.

殼聚糖；吸附；重金屬離子；動力學

鉛是水體中有毒優(yōu)先污染物之一. 含鉛廢水用于灌溉和工業(yè)應用都會對人體產(chǎn)生危害包括腎的損傷和血液病等[1-2]，因此，降低水體和廢水中鉛離子的濃度是非常有必要的. 目前，已有很多重金屬離子去除方法的報道，如過濾、反滲析、化學沉淀、離子交換和電沉積等. 這些技術(shù)存在一些不可忽視的缺點，如效率不高或者成本昂貴，尤其處理廢水中低濃度的重金屬離子時，表現(xiàn)更為明顯. 吸附被認為是物理化學處理過程中一種高效、廉價并易于操作的方法. 本文作者以實驗室自制殼聚糖交聯(lián)不溶性腐殖酸小球為吸附劑，研究其對污水中Pb(II)的吸附動力學特點.

1　實驗部分

1.1試劑與儀器

殼聚糖，濟南海得貝海洋生物工程有限公司,化學純；腐殖酸，天津市光復精細化工研究所環(huán)氧氯丙烷，化學純；氫氧化鈉，上海玻爾化學試劑有限公司，分析純；硝酸鉛，上海玻爾化學試劑有限公司，分析純；乙醇，上海玻爾化學試劑有限公司，分析純.

原子吸收分光光度計，TAS-990；恒溫水溶振蕩器，SHZ-88.

1.2實驗方法

1.2.1吸附實驗

取3支潔凈的水浴振蕩管編號1號、2號、3號分別對應硝酸鉛濃度50、150、250 mg/L. 在3支水浴振蕩管中各加入3種不同濃度的硝酸鉛50 mL. 在其中加入殼聚糖交聯(lián)不溶性腐殖酸小球2 g迅速將振蕩管放入振動器中振蕩.

該實驗共有10組樣品，以吸附時間的不同進行分組. 吸附時間分別為0.5、1.0、1.5、2.0、4.0、6.0、8.0、12、16、24 h. 將加入了硝酸鉛和殼聚糖交聯(lián)不溶性腐殖酸小球的水浴振蕩管從置入水溶振蕩器起開始記錄時間，依據(jù)上述分組時間將樣品取出水浴振蕩器. 每組樣品操作3次. 達到吸附時間后的水浴振蕩管應迅速取出水浴振蕩器并過濾.

1.2.2標準曲線的繪制

配置濃度梯度分別為5、10、25、30、35、40 mg/L的硝酸鉛標準溶液. 利用原子吸收分光光度計進行測量，得到數(shù)據(jù)并繪制曲線，如圖1.

圖1　鉛離子標準曲線Fig.1　Standard curve of Pb(II)

1.2.3Pb(II)的測定

測定出Pb(II)的的平衡濃度，利用已知濃度和公式1分別對不同濃度的Pb(II)進行的計算，得到一系列的吸附量數(shù)據(jù).

(1)

ρ0—含Pb(II)溶液的初濃度 mg/L,ρe—吸附后平衡濃度 mg/L,V—溶液體積 mL,M—吸附劑用量 g,Q—吸附量 mg/g.

2　結(jié)果與討論

2.1殼聚糖交聯(lián)不溶性腐殖酸小球的制備與表征

參照文獻[3]成功制備CTS@IHA小球并對其進行了物理性質(zhì)研究. 紅外光譜和SEM等分析結(jié)果表明，實驗制得的CTS@IHA小球表面含-OH、-NH2等功能基團，而且表面粗糙，呈多孔結(jié)構(gòu).

2.2殼聚糖交聯(lián)不溶性腐殖酸小球處理含鉛離子廢水的吸附動力學

2.2.1殼聚糖交聯(lián)不溶性腐殖酸小球?qū)Τ鯘舛葹?0 mg/L鉛溶液的吸附動力學

如圖2以吸附時間作為橫坐標，以吸附量作為縱坐標作圖得出殼聚糖交聯(lián)不溶性腐殖酸小球?qū)︺U離子(50 mg/L)吸附的動力學曲線. 在剛開始時，吸附速率較快，吸附量從1.2 mg/g增加到了3.7 mg/g. 約5.5 h后，吸附速率變慢. 在5.5 h到16 h的吸附過程中，鉛離子幾乎沒有被吸附. 在16 h到24 h的吸附過程中，鉛離子又被吸附了一些，但是被吸附的量很少.

圖2　殼聚糖交聯(lián)不溶性腐殖酸小球?qū)舛葹?0 mg/L鉛溶液的吸附曲線Fig.2　Adsorption curve of pb(II) onCTS@IHA (ρ=50 mg/L)

2.2.2殼聚糖交聯(lián)腐殖酸小球?qū)Τ鯘舛葹?50 mg/L鉛溶液的吸附動力學

如圖3以吸附時間作為橫坐標，以吸附量作為縱坐標作圖得出殼聚糖交聯(lián)不溶性腐殖酸小球?qū)︺U離子(150 mg/L)吸附的動力學曲線. 在前3 h內(nèi)，吸附速率很快，吸附量從2.2 mg/g增加到8.7 mg/g. 吸附量從圖像近似直線. 在3 h到11 h內(nèi)，吸附速率變慢，從8.7 mg/g增加到11.2 mg/g. 在11 h以后幾乎沒有變化.

圖3　殼聚糖交聯(lián)不溶性腐殖酸小球?qū)舛葹?50 mg/L鉛溶液的吸附曲線Fig.3　Adsorption curve of pb(II) onCTS@IHA (ρ=150 mg/L)

2.2.3殼聚糖交聯(lián)腐殖酸小球?qū)︺U離子初濃度為250 mg/L的吸附動力學

如圖4以吸附時間作為橫坐標，以吸附量作為縱坐標作圖得出殼聚糖交聯(lián)不溶性腐殖酸小球?qū)︺U離子(250 mg/L)吸附的動力學曲線. 在前1.5 h內(nèi)，吸附量急劇增長，從1.8 mg/g增加到5.5 mg/g. 在1.5 h到8.1 h內(nèi)，吸附量依舊增長但是增長量變慢，從5.5 mg/g增加到11.1 mg/g. 在8.1 h到24 h之內(nèi)，吸附量還是在增長并且增長量再次變低，從11.1 mg/g增加到13.5 mg/g.

圖4　殼聚糖交聯(lián)不溶性腐殖酸小球?qū)舛葹?50 mg/L鉛溶液的吸附曲線Fig.4　Adsorption curve of pb(II) onCTS@IHA (ρ=250 mg/L)

2.2.4殼聚糖交聯(lián)腐殖酸小球?qū)Τ鯘舛葹?0 mg/L鉛溶液吸附動力學的線性擬合

常用的吸附動力學擬合模型有Lagergren一級動力學模型，Lagergren二級動力學模型和內(nèi)擴散模型. 如圖5以吸附時間作為橫坐標，以吸附量的自然對數(shù)作為縱坐標作圖，進行動力學非線性擬合，由R2=0.975 7以及線性曲線可以看出，殼聚糖交聯(lián)腐殖酸小球?qū)︺U離子的吸附屬于一級模型.

圖5　CTS@IHA對初濃度為50 mg/L含Pb(Ⅱ)溶液的吸附動力學擬合曲線Fig.5　Kinetic plot for Pb(II) at 50 mg/Linitial concentration

2.2.5殼聚糖交聯(lián)腐殖酸小球?qū)Τ鯘舛葹?50 mg/L鉛溶液吸附動力學的線性擬合

如圖6以吸附時間作為橫坐標，以吸附量的自然對數(shù)作為縱坐標作圖，進行動力學非線性擬合，由R2=0.926 9以及線性曲線可以看出，殼聚糖交聯(lián)腐殖酸小球?qū)︺U離子的吸附不屬于一級模型. 所以可以得出結(jié)論，對于殼聚糖交聯(lián)不溶性腐殖酸小球吸附濃度比較高的含鉛廢水時，模型不為一級模型.

圖6　CTS@IHA對初濃度為150 mg/L含Pb(Ⅱ)溶液的吸附動力學擬合曲線Fig.6　Kinetic plot for Pb(II) at 150 mg/Linitial concentration

3　結(jié)論

利用實驗室自制殼聚糖交聯(lián)不溶性腐殖酸小球為吸附劑，該吸附劑經(jīng)紅外光譜和SEM等手段表征，結(jié)果表明，實驗制得的CTS@IHA小球表面含-OH、-NH2等功能基團，而且表面粗糙，呈多孔結(jié)構(gòu). 通過測定殼聚糖交聯(lián)不溶性腐殖酸小球?qū)b(II)吸附動力學行為，得出以下結(jié)論：當含Pb(II)溶液初濃度分別為50、150和250 mg/L時，吸附均在5 h達平衡. 吸附量分別為3.8、11.6、13.7 mg/g. 而且當含Pb(II)溶液初濃度為50 mg/L、150 mg/L時吸附可按一級動力學模型處理.

[1] GOYER R A, MEHLMAN M A. Toxieology of trace elements [M]. New York: John Wiley & Sons Ine, 1997.

[3] 魏云霞, 馬明廣, 李生英, 等. 殼聚糖交聯(lián)不溶性腐殖酸吸附劑的制備及其吸附性能[J]. 離子交換與吸附, 2016, 32(1): 43-53.

[責任編輯：劉紅玲]

Kinetics of adsorption of Pb(II) by chitosan cross-linked insolublized humic acid beads

WEI Yunxia*, MA Mingguang

(CollegeofChemistryandEnvironmentalScience,LanzhouCityUniversity,Lanzhou730070,Gansu,China)

Batch experiments were carried out for the sorption of Pb(II) onto chitosan cross-linked insolublized humic acid beads. The operating studied was initial adsorbent concentration including 50, 150 and 250 mg/L. The sorption was analyzed using kinetic models and the sorption kinetics was found to follow a first-order kinetic model.

chitosan; adsorption; heavy metal ions； kinetics

2016-05-01.

蘭州城市學院教學研究項目(2014-jy-22).

魏云霞(1980-), 女, 副教授, 研究方向為環(huán)境污染修復化學生物學及環(huán)境友好材料的制備.*

, E-mail:weiyx07@lzu.edu.cn.

X131.2

A

1008-1011(2016)05-0554-03