改性花生壳对含磷废水中磷的吸附

改性花生壳对含磷废水中磷的吸附
作者：李倩王维荣
来源：《湖北农业科学》2015年第09期
摘要：利用硝酸改性处理后的花生壳处理含磷废水，考察磷的初始浓度、改性花生壳投加量、pH、反应时间对磷吸附率的影响，确定了改性花生壳对磷的最佳吸附条件。

结果表明，当pH为6、磷溶液初始浓度为25 μg/mL、改性花生壳的用量为2.5 g、吸附时间为80 min的条件下，磷的吸附率可达84.1%。

关键词：花生壳；改性；吸附；磷
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）09-2080-03
农林废弃物来源广、产量大，表面粗糙、内部多孔，大多由纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质等物质组成，内有羟基、羧基等高活性的化学基团，有利于对其进行改性和化学修饰以提高选择性和高效性[1-4]。

这些特点均有利于对污染物的吸附，将其用于废水处理，直接或改性后都可使用，且对污染物浓度的适用范围宽，固液分离容易，既能净化水质，又能变废为宝，大大降低处理废水的成本，具有广阔的实际应用前景。

近年来，采用农林废弃物用于废水处理的研究和成果越来越多，已引起人们的高度重视[5，6]。

花生壳是花生加工的下脚料，大部分当作燃料或废渣弃去，造成自然资源的极大浪费[7，8]，直接影响了花生的综合利用价值，本文以花生壳为原料，利用硝酸对其改性，考察各类因素对含磷废水中磷吸附效果的影响，为花生壳在废水处理方面的实际应用提供科学依据，达到既扩大花生壳资源的综合利用，又能达到以废制废的目的。

1 材料与方法
1.1 试验原料、试剂和仪器
花生壳购于武汉东湖高新区农村，含磷废水为实验室自制，试验试剂和仪器如表1、表2所示。

1.2 试验方法
1.2.1 花生壳的预处理花生壳粉碎后，选择粒径介于0.2～0.5 mm的颗粒，用去离子水浸泡24 h，去除悬浮细小物质，在80 ℃烘干后放入干燥器中备用。

1.2.2 HNO3改性花生壳的制备称取一定量的花生壳，置于大烧杯中，加入体积分数为10%的HNO3溶液，搅拌20 min后，置于水浴锅中于80 ℃加热1 h后，过滤除去溶剂，用去离子水洗至中性，在60 ℃下烘干备用。

1.2.3 单因素试验
1）初始pH对吸附效果的影响。

称取2.5 g改性花生壳于烧杯中，加入50 mL 浓度为25 μg/mL的磷溶液，调节体系pH，搅拌80 min，静置后过滤，测定滤液的吸光度，考察初始pH 对吸附效果的影响。

2）改性花生壳加入量对吸附效果的影响。

分别称取不同质量的花生壳于烧杯中，加入50 mL 浓度为25 μg/mL的磷溶液，调节溶液的pH 6.0、搅拌80 min，静置后过滤，测定滤液的吸光度，考察改性花生壳加入量对吸附效果的影响。

3）吸附时间对吸附效果的影响。

称取2.5 g改性花生壳于烧杯中，加入50 mL浓度为25 μg/mL的磷溶液，调节溶液的pH 6.0，搅拌，静置后过滤，测定溶液的吸光度，考察时间对吸附效果的影响。

4）初始浓度对吸附效果的影响。

称取2.5 g改性花生壳于烧杯中，加入50 mL不同浓度的磷溶液，调节溶液的pH 6.0，搅拌80 min，静置后过滤，测定溶液的吸光度，考察磷初始浓度对吸附效果的影响。

1.2.4 分析方法
1）测定方法。

采用钼蓝分光光度法[9]测定磷含量。

2）计算方法。

E=[（A0-Ae）/A0]×100%
式中，E为磷的吸附率（%），A0、Ae分别为吸附前溶液中的磷的浓度和吸附平衡后溶液中磷的浓度（μg/mL）。

2 结果与分析
2.1 磷标准曲线的绘制
在700 nm的波长下，绘制磷质量浓度-吸光度标准曲线如图1所示。

由图1可知，磷溶液标准曲线方程为■=1.089 4x-0.007 8，r2=0.998 7，拟合较好，具有可靠性。

2.2 初始pH对吸附效果的影响
pH对磷的吸附效果的影响如图2所示。

由图2可见，随着溶液pH的升高，花生壳对磷的吸附率呈先增大再减小的趋势，pH为6时对磷的吸附率最大。

产生这种现象的原因与磷在水溶液中的形态分布有关。

当pH较小时，磷酸根主要以H2PO4-、HPO42-形式存在，是花生壳吸附磷的主要形式[10，11]。

并且当溶液呈酸性时，氢离子较多，花生壳含有的-NH2、-OH极易接受H+，进而形成带有正电荷的-NH3+、-OH2+，从而形成利于吸附磷的吸附中心，导致
磷吸附率增大。

当pH>6时吸附能力开始下降，这是因为此时花生壳表面带正电的吸附中心减少，另外随着pH增大，磷在水溶液中以PO43-形态存在，使吸附率降低。

故可选控制磷溶液的初始pH为6。

2.3 改性花生壳加入量对吸附效果的影响
试验发现花生壳经硝酸改性后，外观为暗黄色（图3），内部有大量的孔隙，使其表面积增大，更有利于对磷的吸附。

改性花生壳加入量对吸附效果的影响如图4所示。

由图4可见，随着硝酸改性花生壳用量的增多，磷的吸附率先增大后趋于平缓，当花生壳的用量在2.5 g 时，吸附率达到最大。

这是由于随着花生壳用量的增多，花生壳表面积和可利用的活性吸附位点增加[12，13]，对磷的吸附量增大，再增大其用量对磷吸附率影响不大。

故可选花生壳的用量为2.5 g。

2.4 吸附时间对吸附效果的影响
吸附时间对吸附效果的影响如图5所示。

由图5可见，当吸附时间为80 min时，吸附率达到最大，再增大吸附时间吸附率变化不大，表明吸附基本达到平衡。

这是因为随着吸附时间的延长，磷浓度逐渐降低，并且磷主要通过花生壳的孔隙被吸附，而孔隙扩散速度较慢，故吸附速率随时间增大逐渐趋于平衡。

故可选吸附时间为80 min。

2.5 磷初始浓度对吸附效果的影响
磷初始浓度对吸附效果的影响如图6所示。

由图6可知，随着磷初始浓度的增大，磷的吸附率先升高后降低，在磷初始浓度为25 μg/mL的时候达到了最大。

这是因为随着磷浓度的增大，花生壳表面可供吸附磷的吸附点逐渐减少，从而导致吸附率下降。

故可选磷初始浓度为25 μg/mL。

综上所述，改性花生壳处理含磷废水的最佳条件为pH 6，花生壳的用量为2.5 g，磷的初始浓度为25 μg/mL，吸附80 min，在该条件下进行验证试验，结果表面磷的吸附率可达到84.1%。

3 小结
硝酸改性花生壳处理含磷废水的最佳吸附条件为pH 6，废水溶液磷初始浓度为25
μg/mL，改性花生壳的用量为2.5 g，吸附时间为80 min，该条件下磷的吸附率可达84.1%。

参考文献：
[1] 刘传富，张爱萍，孙润仓，等.农林废弃物用作重金属离子吸附剂的研究进展[J].林产工业，2007，34（5）：6-9.
[2] 邱会东，段传人.农作物废弃物在工业废水处理方面的研究应用[J].工业水处理，2007，27（1）：5-8.
[3] 许风，孙润仓，詹怀宇.农林废弃物在工业废水处理中的应用[J].造纸科学与技术，2003，22（3）：1-3.
[4] 严素定，罗代华，田一博.不同改性玉米芯对含镉污水的处理效果[J].湖北农业科学，2012，51（4）：731-733.
[5] 蒋艳艳，胡孝明，金卫斌.生物炭对废水中重金属吸附研究进展[J].湖北农业科学，2013，52（13）：2984-2988.
[6] 余协瑜，贾云.吸附法处理工业废水研究最新进展[J].表面技术，2004，33（3）：11-13
[7] 杨莉，赵晖.花生壳粉去除印染废水中活性染料的研究[J].湖北农业科学，2013，52（9）：2035-2037.
[8] 杨丽超.花生壳粉的改性及对蛋白质吸附行为的研究[D].武汉：中南民族大学，2011.
[9] GB 11893-89，水质总磷的测定钼酸铵分光光度法[S].
[10] GRUBB D G，GUIMARAES M S，VALENCIA R.Phosphate immobilization using an acidic type F fly ash[J]. Journal of Hazardous Materials，2000，76：217-236.
[11] 廖朝东，廖正福.花生壳的综合利用研究（一）花生壳改性制备重金属吸附剂初探[J].广西师范学院学报（自然科学版），2004，24（1）：69-70.
[12] AGARWAL G S，BHUPTAWAT H K，CHAUDHARI S.Biosorpti on of aqueous Chromium （Ⅵ） by Tamarindus indica seeds[J].Bioresource Technology，2006，97（7）：949-956.
[13] ALVAREZ P，BLANCO C，GRANDA M. The adsorption of chromium （Ⅵ） from industrial wastewater by acid and base-activated lignocellulosic residues[J]. Journal of Hazardous Materials，2007，l44（1-2）：400-405.。