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材料工程 2023 年 第 4 期 化纤与纺织技术20落叶吸附剂的制备及其对重金属离子 Pb()的吸附性能研究*寇鹏斌兰州石化职业技术大学，甘肃 兰州 730000摘要：文章以大量散落的树叶作为原材料制备吸附剂，研究对铅离子的吸附性能。通过单因素考察添加量、pH 值、吸附时间、温度、初始浓度等条件对吸附效果的影响，通过吸附动力学和吸附等温线拟合探究了吸附机理。研究发现，在添加量为 0.1 g、中性环境、室温下的吸附效果最佳，1 h 内去除率可达 74.6%，最大吸附量为 20.45 mg/g。拟二级动力方程和 Langmuir 等温吸附模型可以很好地拟合吸附过程。关键词：落叶；吸附剂；铅离子；吸附机理分类号：TQ424；X703含有重金属的工业废水污染严重，难以降解，导致处理难度大、处理费用高等问题1，对人类的生命健康造成严重的威胁，工业废水所含 Pb()排放量大，毒性强，是重要的污染源之一2。因此，重金属污染物的处理已成为研究领域关注的主要问题之一。在重金属废水的处理方法中，吸附法具有简单、高效、经济、可循环利用等优点3，但原料成本限制了大量吸附剂的使用。我国是农业大国，自然界中大量的散落树叶通常直接作为废物处理，这样不仅浪费了资源，还造成了对环境的污染。因此，文章以散落树叶作为原材料，制备原生质落叶吸附剂，对工业废水中 Pb()离子吸附性能进行研究，研究吸附最佳条件，通过拟合吸附动力学方程和吸附等温线，探究吸附机理，以期为废水处理开辟新的路径。1 实验部分1.1 实验材料、仪器与试剂实验材料：吸附剂，自然风干的落叶；吸附质，Pb()标准溶液、HCl 溶液。实验仪器：原子吸收分光光度计；鼓风干燥箱；高速离心机；恒温摇床振荡器；移液器；电子天平；高速粉碎机。1.2 落叶的预处理落叶经过自来水清洗、晾干，用蒸馏水清洗 3 次后，放入烘箱中，温度设定在 75，干燥 24 h 后取出，用高速粉碎机粉碎后过 120 目筛，得到原生质落叶颗粒，装入广口瓶备用。1.3 数据检测分析方法利用原子吸收分光光度计，采用空气-乙炔火焰类型，在波长为 283.31 nm 处测定吸光度。绘制标准曲线如图 1 所示。浓度/（gmL-1）yPb()xR2图 1 铅检测标准曲线1.4 吸附量和去除率的计算平衡吸附量和去除率采用式（1）、式（2）计算：（1）P（2）式中：qe为达到吸附平衡时吸附材料对金属离子的吸附量，mg/g；C0为溶液中重金属离子的初始质量浓文章编号：1672-500X（2023）04-0020-04*基金项目：甘肃省教育厅高校教师创新基金项目（2023A-207）作者简介：寇鹏斌，男，硕士，讲师，研究方向为工业废水处理。化纤与纺织技术 第 52 卷 2023 年 4 月 材料工程21度，mg/L；Ce为达到吸附平衡时上清液重金属离子浓度，mg/L；V 为溶液的体积，L；m 为吸附材料的质量，g；P 为去除率。1.5 吸附实验方法（1）吸附剂添加量的影响。在室温（25）下，分别称取 0.05 g、0.055 g、0.065 g、0.075 g、0.1 g、0.2 g、0.3 g、0.4 g、0.5 g 的原生质落叶吸附剂，分别加入50 mL 浓度为 50 mg/L、pH 值为 6 的 Pb()溶液，在转速为 150 r/min 的恒温摇床中振荡 24 h，取其上清液，用原子吸收分光光度法测定 Pb()浓度，按式（2）计算去除率。（2）pH 值的影响。配置5 组50 mL 浓度为50 mg/L的 Pb()溶液，将 pH 值分别调节为 2、3、4、5、6（pH 值大于 6，Pb()生成白色絮状沉淀，故 pH 值只考察 2 6），加入 0.10 吸附剂。室温下，在转速为 150 r/min 的恒温摇床中振荡 24 h，取其上清液，用原子吸收分光光度法测定 Pb()浓度，按式（2）计算去除率。（3）吸附时间的影响。在室温下，调节 pH 值为6，添加量为 0.1 g，吸附处理 50 mL 浓度为 50 mg/L 的Pb()溶液，在转速为 150 r/min 的恒温摇床中，分别在 0 4 h 的不同间隔分别移取样品，取其上清液，用原子吸收分光光度法测定 Pb()浓度，按式（2）计算去除率。（4）温度的影响。配置 5 组 50 mL 浓度为 50 mg/L的 Pb()溶液，调节 pH 值为 6，分别称取 0.1 g 原生质落叶，在 15、25、35、45、55 恒温环境下，在转速为 150 r/min 的恒温摇床中振荡 2 h，取其上清液，用原子吸收分光光度法测定 Pb()浓度，按式（2）计算去除率。（5）初始浓度的影响。在室温下，调节 pH 值为 6，添加量为 0.1 g 的条件下，分别吸附处理 50 mL 浓度分别为 10 mg/L、30 mg/L、50 mg/L、70 mg/L、100 mg/L的 Pb()溶液。在转速为 150 r/min 的恒温摇床中振荡2 h，取其上清液，用原子吸收分光光度法测定 Pb()浓度，按式（1）计算去吸附量，按式（2）计算去除率。（6）吸附动力学和吸附等温线。在室温、pH 值为 6、添加量为 0.1 g、初始浓度为 50 mg/L 的条件下，进行吸附实验研究，将实验数据分别采用拟一级动力学方程和拟二级动力学方程进行线性拟合。测定吸附量最大值和吸附平衡等温线。采用 Langmuir 模型和Frenudlich 模型对吸附实验结果进行拟合。拟一级动力学方程：（3）拟二级动力学方程：（4）Langmuir 模型：（5）Frenudlich 模型：（6）式中：qe为吸附剂对 Pb()吸附平衡时的吸附量，mg/g；qt为吸附剂对 Pb()t 时间的吸附量，mg/g；t 为吸附时间，min；k1为拟一级动力学方程吸附速率常数，min-1；k2为拟二级动力学方程吸附速率常数，g/(mgmin)；Ce为溶液中 Pb()的平衡浓度，mg/L；KF为 Frenudlich 吸附平衡常数；n 为表征吸附作用的特征常数。2 结果与分析（1）吸附剂添加量的影响。添加量是影响吸附剂去除率的一个重要因素，添加量还影响吸附过程的成本4，如图 2 所示。随着吸附剂添加量的增加，酸改性落叶吸附剂对 Pb()的吸附率增加，这是由于随着添加量的增加，吸附剂的吸附活性点位增加，致使吸附量逐渐增加5。综合考虑去除率和经济成本，投加量选择 0.1 g 为最佳。添加量/g100%去除率80%60%40%20%0%图 2 添加量对去除率的影响（2）pH 值的影响。实验中，pH 值是影响吸附效果的一个重要因素，如图 3 所示，在 pH 值小于等于 6的情况下，随着 pH 值的增大，去除率逐渐增大，这说明在接近中性环境时，吸附效果最佳。材料工程 2023 年 第 4 期 化纤与纺织技术22100%80%60%40%20%0%去除率pH 值图 3 pH 值对去除率的影响（3）吸附时间的影响。吸附时间对去除率的影响如图 4 所示，刚开始，去除速率很高，随着时间的推移，去除速率逐渐趋于平缓，1 h 后已达到平衡。主要是 Pb()被快速吸附在表面，后期不断向内部扩散，速率降低，后期由于吸附剂活性点位逐渐被占据，并且金属离子浓度逐渐减小，曲线趋于平缓，最后达到吸附平衡。时间/min去除率100%80%60%40%20%0%图 4 吸附时间对去除率的影响（4）温度的影响。温度对去除率的影响如图 5 所示，随着温度的升高，去除率略有增大，但是增幅极小，几乎不影响吸附过程的进行，故吸附温度选择室温为最佳。（5）初始浓度的影响。Pb()初始浓度对去除率的影响如图 6 所示，在 25、pH 值为 6、添加量为0.1 g 时，随着 Pb()的浓度增大，去除率不断降低。这说明随着离子浓度的增大，吸附剂表面活性点位有限，参与吸附的数量一定，当离子浓度增大时，容易达到饱和。100%80%60%40%20%0%Pb()初始浓度/（mg L-1）去除率图 6 Pb()初始浓度对去除率的影响（6）吸附动力学和吸附等温线。拟一级动力学方程直线如图7 所示，拟二级动力学方程直线如图8 所示，拟合参数如表 1 所示。可以看出，拟二级动力学方程能较好地反映出原生质落叶的吸附过程。吸附过程主要受化学吸附控制6。Langmuir 等温吸附模型拟合直线如图 9 所示，Frenudlich 等温吸附模型拟合直线如图 10 所示。可以看出，Langmuir 方程能很好地拟合原生质落叶吸附剂对 Pb()的吸附等温线，吸附过程主要为单分子层吸附7。3 结论（1）吸附处理 50 mL 浓度为 50 mg/L 的 Pb()，添加量为 0.1 g，室温下吸附效果最佳，去除率为 74.6%，最大吸附量为 20.45 mg/g。pH 值严重影响吸附效果，70%72%74%76%78%80%温度/去除率图 5 温度对去除率的影响化纤与纺织技术 第 52 卷 2023 年 4 月 材料工程23当 pH 值增加到 5 以后，去除率迅速极快，吸附在中性环境下进行，效果最佳。（2）拟二级动力方程能很好地拟合落叶吸附剂的吸附过程，Langmuir 等温吸附模型可以很好地拟合落叶吸附剂的等温吸附过程。吸附过程的主要阻力为化学吸附，主要为单分子层吸附。参 考 文 献1 韦凝思.蛋白质基复合材料的制备及其水体重金属离子去除性能的研究D.南宁:广西大学,2022.2 刘恩光,赵彦龙,宁增平,等.突发性水体重金属污染应急处理处置技术研究进展J.地球与环境,2022,50(2):281-290.3 刘勇.重金属废水处理技术现状与发展趋势的研究J.皮革制作与环保科技,2020,1(16):66-71.4 康小虎,白志山,王炳捷,等.APTES改性羧甲基壳聚糖微球对铅离子吸附性能及机理研究J.功能材料,2019,50(8):8161-8169.5 周如意,李红霞,余军霞,等.磷酸改性稻秆和稻叶对Pb2+的静态吸附研究J.贵州大学学报(自然科学版),2019,36(5):111-118.6 亢玉红,慕苗,李健,等.粉煤灰制备高纯度NaX型沸石及去除废水中Pb2+的研究J.离子交换与吸附,2017,33(5):455-462.7 蔡艳荣,宋杨,常春.落叶作为吸附材料去除废水中污染物的研究进展J.化工新型材料,2020,48(4):48-53.t/minln（qe-qt）yxR2图 7 拟一级动力学方程直线t/mint/qtyxR2图 8 拟二级动力学方程直线ce/（mgL-1）ce（gL-1）yxR2图 9 Langmuir 等温线lnceyxR2lnqe图 10 Frenudlich 等温线表 1 原生质落叶吸附 Pb()拟一级、二级动力学方程参数实验值拟一级动力学方程拟二级动力学方程Langmuir 方程式Frenudlich 方程式qmax/mgg-1K1qeR2K2qeR2bqmR2KF1/nR218.70.037.560.812.4610-320.160.990.5620.450.99911.070.1370.76