滸苔活性炭對重金屬離子Cu2+的吸附性能研究

劉忠曉

(山東省榮成市環境保護局,山東 榮成 264300)

1 引言

水是生命賴以生存和發展的重要資源。然而，隨著我國工業水平的不斷提高，水污染事件也日益增多，嚴重威脅人們的用水安全[1]。其中，由于人類活動如采礦、工業排廢等產生的重金屬廢水是對環境和人類危害最為嚴重的一種。

活性炭具有穩定、比表面積大而且環境友好的特點，因此可用來去除污染水體中的重金屬離子。制備活性炭的材料有多種，近年來采用廢棄生物質，如椰殼[2]、稻殼[3]、木屑[4]等，制備高性能活性炭成為熱點。滸苔屬于綠藻門石莼科，是一種大型海藻，近年來頻繁在中國沿海大規模爆發引發嚴重的生態災害。滸苔來源廣泛、價格低廉，因此，本研究以滸苔制備活性炭并研究其對重金屬離子Cu2+的吸附能力。對拓展活性炭的原料來源，探索滸苔在環境保護方面的高值化利用具有重要的借鑒意義。

2 實驗部分

2.1 試劑

氫氧化鈉、氫氧化鉀、硫酸銅、鹽酸均購自國藥集團化學試劑有限公司，所用試劑均為分析純。

2.2 樣品采集與處理

滸苔樣品采自青島第二海水浴場。滸苔去除雜質后以自來水洗凈，烘干，粉碎過100目篩，即得滸苔原料。

2.3 滸苔活性炭的制備

以KOH為活化劑制備滸苔活性炭。將滸苔粉末炭化爐中，在氮氣保護下，450 ℃炭化120 min。降至室溫后取出炭化料，然后將炭化料與KOH粉末以1∶2(w/w)混合均勻。再將混合料置于炭化爐中，750 ℃活化60 min。然后，分別以稀鹽酸(1M)和去離子水洗滌碳化物直至中性，干燥后即得滸苔活性炭。

2.4 吸附試驗

2.4.1 吸附動力學試驗

1 L容積的三角瓶中加入300 mL質量濃度為100 mg/L的Cu2+溶液，并將其置于恒溫振蕩器中，加入滸苔活性炭樣品使其終濃度為500 mg/L。立即開始計時，并開始振蕩，速度為120 rpm。按照預先設定時間間隔取樣，直至剩余溶液達到穩定。取樣后以0.45 μm濾膜對樣品進行過濾，取上層清液測定其在450 nm下的吸光度，通過標準曲線計算濃度。滸苔活性炭對Cu2+的吸附量(q，mg/g)采用公式計算：

(1)

式(1)中，q為平衡吸附容量，mg/g；C0為初始濃度，mg/L；Ct為平衡濃度，mg/L；V為溶液體積，L；m為吸附劑質量，g。

2.4.2 影響因素試驗

考察吸附溫度、吸附劑用量、溶液pH值對滸苔活性炭吸附性能的影響。在250 mL三角瓶中加入100 mL濃度為100 mg/L的Cu2+溶液。在考察吸附溫度影響時，將恒溫振蕩器的溫度設定在20～60 ℃，然后加入滸苔活性炭啟動吸附過程。考察吸附劑用量的影響時，按照1∶1～10∶1(w/w)加入滸苔活性炭。考察酸堿度的影響時，將溶液pH值用1M鹽酸和1M氫氧化鈉調節為2.0～8.0。將以上溶液體系置于恒溫振蕩器內振蕩，速度為120 r/min。24 h充分吸附平衡后，取樣利用普析T1810紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司)，在波長450 nm下測定溶液中Cu2+質量濃度，按照2.4.1中的方法計算吸附量(q)。

3 結果與討論

3.1 吸附動力學分析

滸苔活性炭對Cu2+吸附為動態過程。由圖1可知，滸苔活性炭的吸附容量隨時間延長而升高，在1.5 h內滸苔活性炭吸附容量迅速變化并趨于飽和。接近吸附平衡后繼續增加吸附時間，滸苔活性炭的吸附容量變化不大。此外，由圖1可知，滸苔活性炭的平衡吸附容量為24.5 mg/g。

圖1 滸苔活性炭對Cu2+的吸附動力學曲線

3.2 影響滸苔活性炭吸附能力的因素

溫度影響滸苔活性炭的吸附能力。由圖2(a)可知，在20～50 ℃的溫度范圍內，滸苔活性炭對Cu2+的吸附能力雖溫度升高而升高，并在35 ℃達到最大值，隨后呈下降趨勢。這是因為滸苔活性炭對Cu2+吸附主要是物理吸附，雖然溫度升高有利于提高吸附能力但是也會導致解吸速度加快，進而導致吸附能力下降。滸苔吸附劑的用量影響滸苔活性炭的吸附容量。對固定濃度的銅離子溶液，活性炭用量越多，其吸附Cu2+的總量越大。但從經濟和效率考慮，滸苔活性炭的用量并非越多越好。由圖2b可知，提高活性炭與銅離子的質量比，滸苔活性炭的吸附能力成下降趨勢。因此，在實際應用中應選擇合適的吸附劑用量。溶液pH值的變化顯著影響滸苔活性炭的吸附能力，在pH值在5.0～8.0范圍內活性炭的吸附能力較強，其中在pH值為7.0最好(圖2c)。

圖2 影響滸苔活性炭吸附能力的影響因素

4 結論

利用滸苔制備的生物質活性炭，具備良好的吸附能力，實驗條件下對Cu2+的平衡吸附量為24.5 mg/g。并且滸苔活性炭的吸附能力受吸附溫度、吸附劑用量、溶液pH值等因素的影響。本研究對生態災害資源滸苔的在環境保護方面的高值化利用可提供參考和借鑒。