废弃生物质对模拟废水中锌的吸附研究

河南科技
Henan Science and Technology 地球与环境
总764期第三十期
2021年10月
废弃生物质对模拟废水中锌的吸附研究
高琳1王靖君2黄润峰1白膨豪1史磊1
（1.河南工程学院，河南郑州451191；2.郑州西亚斯学院，河南郑州410083）摘要：本文研究初始金属离子浓度、溶液pH值、吸附剂用量等因素对碧根果壳吸附Zn2+的影响。

结果表明: Zn2+的吸附量受pH值影响，随着pH值升高而增多，其中在pH=8时，吸附量最大。

随生物质吸附剂用量的增加，Zn2+的去除率逐渐升高。

SEM和FTIR分析可知生物质表面含有羟基、羧基、Si—O等官能团为生物质吸附Zn2+提供便利。

关键词：锌；生物质；吸附；模型参数
中图分类号：X756文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）30-0087-03 Adsorption Study of Zn2+from Simulated Wastewater Solutions by
Abandoned Biomass
GAO Lin1WANG Jingjun2HUANG Runfeng1BAI Penghao1SHI Lei1
(1.Henan University of Engineering,Zhengzhou Henan451191;2.Zhengzhou Sias University,Zhengzhou Henan410083)
Abstract:In this study,the effects of initial metal ion concentration,pH value and adsorbent of pecan shell on the ad⁃sorption of Zn2+were researched.The results show that the adsorption capacity of Zn2+is affected by pH value and in⁃creased with the increase of pH value;when the pH value is equal to8,the adsorption capacity reaches the maxi⁃mum.With the increase of the amount of biomass adsorbent,the removal rate of Zn2+is increased gradually.It can be seen that the surface of biomass contained hydroxyl,carboxyl,Si-O and other functional groups can facilitate the ad⁃sorption of Zn2+according to SEM and FTIR analysis.
Keywords:Zinc;biomass;adsorption;model parameter
重金属作为水体中的潜在危害污染物之一，由于其持久性和对环境及人体健康的影响较大而备受关注。

锌是营养必需的微量元素，但如果大量摄入，可能会产生毒性［1］。

废水中锌的主要来自金属、化工、造纸以及金属加工等过程中的废水排放［2-4］。

据报道，过量摄入锌可导致抑郁、嗜睡、癫痫等疾病［5-6］。

传统方法包括化学沉淀法、离子交换法、过滤法、溶剂萃取法、膜技术和活性炭吸附等，这些方法很难去除水中的重金属离子［7-8］。

因此，在重金属废水处理领域中开发廉价、高效的吸附剂已成为近年来研究的重点。

先前已经报道有多种吸附材料对重金属吸附特性的研究成果。

但有关坚果类碧根果壳作为吸附剂的研究还较少。

本研究的目的是探究碧根果壳对锌的吸附特性；探讨初始溶液pH、初始金属离子浓度和吸附剂用量对锌吸附的影响；并结合SEM和FTIR等表征手段揭示碧根果壳对锌的吸附机制。

1材料与方法
本试验利用碧根果壳作为原材料，用不锈钢粉碎机将其打碎，然后在过60目尼龙筛，在60℃烘箱中烘干至恒重，装入封口袋中备用。

在本试验中所用Zn2+溶液用硝酸锌配制。

采用0.5 M HCl和0.5M NaOH调节溶液pH。

溶液pH使用雷磁PHS-3C pH计测定。

Zn2+的浓度使用原子吸收分光光度
收稿日期：2021-08-13
基金名称：河南省科技攻关项目“黄河流域（河南段）典型农田土壤-小麦系统中重金属迁移机制及其修复应用研究”（212102310067）。

作者简介：高琳（1962—），女，本科，教授，研究方向：应用化学。

通信作者：史磊（1985—），男，博士，讲师，研究方向：重金属污染治理与控制。

计（岛津6880）测量。

碧根果壳采用扫描电子显微镜
（SEM ，Quanta 250）和傅立叶变换红外光谱仪（Thermo Fisher Nicolet 6700）进行表征。

吸附实验主要流程如下：在50mL 的玻璃三角瓶中
加入40mL Zn 2+溶液。

使用摇床在25℃下，以170r/min 震荡。

然后，以10000r 离心后，用孔径为0.45μm 过滤悬浮液，滤液用火焰原子吸收分光光度计分析。

Zn 2+的去除率可用公式：
η=
C i -C e
C i
×100（1）
式中，η为锌离子去除率，%，C i 为初始金属离子浓度，mg/L ，C e 为溶液中金属离子浓度，mg/L 。

2结果与讨论
2.1
初始浓度、生物质投加量和pH 对Zn 2+去除率的
影响
图1（a ）中所示，随着初始Zn 2+浓度的增加，生物质的
Zn 2+含量随之减少。

当浓度为10mg/L 时，溶液中的Zn 2+
与吸附位点发生相互作用，吸附剂的吸附率达到89%。

当Zn 2+浓度达到50mg/L 和100mg/L 时，吸附剂去除率分别下降到64%和36%。

从图1（b ）可以看出，在100mg/L 的Zn 2+溶液，生物质对Zn 2+的吸附效果随着生物质用量增
100%80%60%40%20%0%
去除率/%
（a ）
100
5010
初始浓度/（mg/L ）
100%80%60%40%20%0%
去除率/%
（b ）
去除率/%
pH
8
753
60
55
50
45
35003000200025001000
1500
500
603.27
1035.98
669.63
1618.21244.72
1458.67
1654.961751.181637.63422.61
2854.73
2925.15
3448.45
I n t e n s i t
y
图2SEM 和FTIR 分析
100%80%60%40%20%0%
（c ）
投加量
0.100.250.75
图1不同浓度的Zn 2+、生物质投加量和pH 对Zn 2+
去除率的影响
多，Zn2+去除率从36%增加到88%。

在碱性范围内，重金属易形成沉淀。

因此，本实验在最大pH为8.0的条件下进行。

图1（c）显示当溶液初始pH从3增加到5时，溶液中Zn2+去除率从42%缓慢升高到49%。

在pH值为5以上溶液中Zn2+去除率开始显著升高趋势，其中pH值为8时，溶液中Zn2+去除率最高达到89%。

2.2生物质吸附剂的SEM和FTIR表征分析SEM分析可知，生物质颗粒间疏松，呈层状结构，存在较大的角状颗粒物，其表面吸附较多的不规则颗粒。

在3422~3448cm-1之间的吸收峰主要是羟基和不饱和基团。

在1618cm-1附近，存在羧基和酮类的—C O—吸收峰。

在1035cm-1附近是Si—O特征峰。

生物质表面存在的—OH、羧基、Si—O等官能团能在一定程度上提升生物质的吸附性能。

具体分析见图2。

3结论
本研究得出以下结论：①Zn2+初始浓度的增加在一定程度上降低了生物质吸附量，但是随着pH升高和生物质投加量的增大，Zn2+去除率升高；②通过SEM和FTIR表征分析生物质颗粒间疏松且呈现层状结构，其表面含有羟基、羧基、Si—O等官能团为生物质吸附Zn2+提供便利。

参考文献：
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