用竹葉作為生物吸附材料吸附水中重金屬鉛的研究

趙志霄

（上海博優(yōu)測試技術(shù)有限公司，上海200237）

我國水環(huán)境中重金屬的污染日益嚴(yán)重，治理水環(huán)境重金屬污染的方法有很多，如化學(xué)吸附法、生物吸附法，其中利用生物吸附法去除水中的重金屬被認(rèn)為是對環(huán)境友好的一種方法，因為利用生物吸附材料處理重金屬不會對環(huán)境造成二次污染，未來一定會被越來越重視。本文主要利用竹葉作為生物吸附材料去除水中重金屬鉛離子，并確定了各參數(shù)的最佳量。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

SHA-B數(shù)顯水浴恒溫振蕩器、HX15粉碎機、AL104電子天平、AA6000火焰原子吸收分光光度計；鹽酸、硝酸、硝酸鉛、氫氧化鈉，均為分析純，購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 材料與方法

采摘新鮮的竹葉，清洗，將洗凈的竹葉烘干，等其完全烘干后，利用粉碎機將竹葉進(jìn)行粉碎處理。分別配制濃度為1、2、3、4、6mg/L和8mg/L的鉛溶液，用火焰原子吸光光度計測量其吸光度，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示。

圖1 鉛的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

1.3 鉛濃度的確定

移取20mL濃度為20、30、40、50、60 mg/L和80 mg/L的鉛離子溶液于250mL的錐形瓶內(nèi)，吸附是在轉(zhuǎn)速為120 r/min的恒溫振蕩器上進(jìn)行，控制吸附時間、投加量、pH值不變。每組3個重復(fù)，用火焰原子吸光光度計測量其吸光度的變化，取平均值減少誤差，共18個。

1.4 振蕩時間的確定

取20mL的鉛離子溶液于250mL的錐形瓶內(nèi)，吸附是在轉(zhuǎn)速為120 r/min的恒溫振蕩器上進(jìn)行，控制pH、投加量不變，只改變振蕩時間。振蕩時間分別為5、15、30、60、120、180 min 和 300 min，每組 3 個重復(fù)，用火焰原子吸光光度計測量其吸光度的變化，取平均值減少誤差，共21個。

1.5 pH的確定

取20mL的鉛離子溶液于250mL的錐形瓶內(nèi)，吸附是在轉(zhuǎn)速為120 r/min的恒溫振蕩器上進(jìn)行，控制在最佳振蕩時間，生物吸附材料的投加量不變，只改變pH。pH分別為2、3、4、5和6，每組3個重復(fù)，用火焰原子吸光光度計測量其吸光度的變化，取平均值減少誤差，共15個。

1.6 投加量的確定

取20 mL的鉛離子溶液于250mL的錐形瓶內(nèi)，將pH調(diào)節(jié)到最佳，控制在最佳振蕩時間下，投加量分別為0.025、0.05、0.1、0.2 g，每組3個，配制15個，吸附是在轉(zhuǎn)速為120 r/min的恒溫振蕩器上進(jìn)行，分別用火焰原子吸光光度計測吸光度，確定最佳竹葉生物吸附材料的投加量。

1.7 解吸實驗

在250mL錐形瓶里加入0.15 g和0.2 g各三個吸附后的竹葉生物吸附材料，分別加入20 mL 0.2 mol/L的稀硝酸（取9mL硝酸（68%）到500mL容量瓶配成），解吸是在轉(zhuǎn)速為120 r/min的恒溫振蕩器上進(jìn)行，振蕩時間為1h，靜置，取樣，用火焰原子吸收分光光度計法測定解吸情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 度的結(jié)果分析

本實驗過程是控制pH為4，投加量為0.15g，振蕩時間為1h，只改變鉛濃度的條件下進(jìn)行，結(jié)果如圖2所示。

圖2 鉛濃度與去除率之間的關(guān)系圖

從圖2中可以看出，鉛濃度為30mg/L左右時去除率達(dá)到最高值，之后處理效果不斷下降，最終趨于平穩(wěn)狀態(tài)，所以處理的最佳鉛濃度在30mg/L左右，因此，下列實驗都是選擇30mg/L的鉛濃度進(jìn)行。在30mg/L左右時，利用竹葉作為生物吸附材料去除鉛的去除率可以達(dá)到90%以上，這就說明竹葉生物吸附材料的去除效果很好。

2.2 振蕩時間結(jié)果分析

本實驗過程是控制pH為4，鉛濃度為30mg/L，投加量為0.15g，只改變振蕩時間的條件下進(jìn)行，結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出，剛開始隨著振蕩時間的增加去除率不斷上升，并且增長的幅度較大，類似于指數(shù)增長，當(dāng)振蕩時間到達(dá)30 min時達(dá)到吸附飽和，隨著振蕩時間的增加去除率不再發(fā)生明顯的變化，基本趨于平穩(wěn)狀態(tài)。因此，可以將以下實驗控制在30 min左右的振蕩時間下進(jìn)行測定。30min之后隨著時間的增加去除率基本不變維持在90%以上，這就說明竹葉生物吸附材料的吸收具有很好的穩(wěn)定性，只要外部條件不發(fā)生變化，那么竹葉生物吸附材料一旦達(dá)到飽和，它就不會隨著振蕩時間的增加而使得去除率下降。

圖3 振蕩時間與去除率之間的關(guān)系圖

2.3 pH的結(jié)果分析

本實驗過程是控制鉛濃度為30mg/L，振蕩時間為30min，投加量為0.15g，只改變pH的條件下進(jìn)行的，結(jié)果如圖4所示。

圖4 pH與去除率之間的關(guān)系圖

從圖4可以看出，隨著pH的增加，去除率沒有明顯的變化；在達(dá)到pH為4時開始呈現(xiàn)上升趨勢，當(dāng)pH達(dá)到5左右時去除率達(dá)到最高點，之后隨著pH的升高，去除率呈現(xiàn)下降的趨勢，所以處理效果的pH應(yīng)該在5左右。在下列實驗進(jìn)行時控制pH在5左右。

2.4 投加量的結(jié)果分析

本實驗過程是控制鉛濃度為30 mg/L，pH為5，振蕩時間為30 min，只改變投加量的條件下進(jìn)行的，結(jié)果如圖5所示。

圖5 投加量與去除率之間的關(guān)系圖

從圖5可以看出，在鉛濃度為30mg/L時，隨著投加量的不斷增加，去除率也呈現(xiàn)上升的趨勢，在投加量達(dá)到0.15g左右時去除率達(dá)到最高值，之后隨著投加量的不斷有小幅的下降，這就說明投加量在0.15g左右時已經(jīng)達(dá)到了飽和值，所以通過這個實驗過程可以確定出最佳投加量應(yīng)該在0.15g左右。從中可以看出，竹葉生物吸附材料對重金屬的去除率并不是隨著投加量的增加而增加的，它也是具有飽和點的，甚至當(dāng)達(dá)到飽和點之后，投加量的增加可能會對竹葉生物吸附材料的去除率起到抑制的作用。

表3 解吸實驗的實驗數(shù)據(jù)

2.5 解吸后最佳變量下去除鉛效果的數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析

解吸實驗是控制pH為5，投加量為0.15 g和0.2 g，鉛濃度為30mg/L，振蕩時間為30 min的條件下進(jìn)行的,分別與上面實驗數(shù)據(jù)對比得出結(jié)果。

解吸實驗后竹葉對鉛的去除率與第一次使用竹葉進(jìn)行吸附時進(jìn)行比較可以看出，去除效果有所下降，但下降的量并不是很多，在實驗誤差之內(nèi)的，因為在解吸時，竹葉存在一定的流失。所以說，這個解吸實驗總體上比較成功，并且可以看出竹葉可以在解吸之后被再次的利用,這樣可以提高資源的利用率。

通過實驗的結(jié)果可以看出，利用竹葉處理重金屬鉛污染是可行的，并且竹葉在吸附之后進(jìn)行解吸可以被再次的利用，可以在實際運用中充分的提高資源的利用效率，減少成本的投入。最終的實驗結(jié)果顯示，在移取鉛污染的廢水20 mL時，竹葉生物吸附材料處理水環(huán)境中重金屬鉛的鉛濃度在30 mg/L、pH為5左右、振蕩時間為30 min、投加量為0.15 g。并且吸附材料可以被再次利用。

3 結(jié)論

鉛濃度、振蕩時間、pH以及吸附劑的投加量或多或少都會對吸附的效果產(chǎn)生影響。

（1）鉛濃度為30 mg/L時鉛的去除率達(dá)到最佳值，隨著鉛濃度的不斷增加鉛的去除率不斷下降，振蕩時間在30min時達(dá)到吸附飽和，隨著振蕩時間的增加鉛的去除率不在發(fā)生變化，pH在5左右達(dá)到鉛的去除率的最佳值，隨著pH的不斷增加鉛的去除率不斷下降，吸附劑的投加量在0.15g時鉛的去除率達(dá)到最佳值，隨著吸附劑投加量的增加鉛的去除率不再發(fā)生明顯的變化。所以各影響參數(shù)應(yīng)該控制在鉛濃度30mg/L，振蕩時間30 min，pH為5，吸附劑的投加量0.15g，這樣可以達(dá)到最佳處理效果。

（2）從最佳鉛濃度為30mg/L，可以看出生物吸附材料也存在一定的弊端，生物吸附材料處理重金屬時，對濃度很高的污染物的處理效果較低，所以如果選用該方法對重金屬進(jìn)行處理的話，就要對重金屬的廢水進(jìn)行稀釋處理，按照比例稀釋到生物吸附材料處理的最佳重金屬污染物溶度的附近。但總體上生物吸附法去除水中重金屬的方法的優(yōu)點大于弊端，其中二次污染物的產(chǎn)生極少甚至沒有這是該處理方法的最大優(yōu)勢。