檸檬酸改性甘蔗渣對重金屬吸附及再生性能研究

潘沛玲

(肇慶醫學高等專科學校，廣東 肇慶 526200)

近幾年，將廢棄農產品打造成吸附劑對重金屬進行吸附逐漸引起廣泛關注，甘蔗渣是具有代表性的廢棄農產品。作為符合可再生條件的生物資源，甘蔗渣通常含有大量木質素、纖維素及半纖維素等較為穩定的成分，具備制成吸附劑的條件。目前，大量排放的含重金屬廢水給環境帶來了嚴重污染，尤其是鉻、鎘等擁有顯著生物毒性的元素，該類元素生物降解難度大。經檸檬酸改性的甘蔗渣表面官能團更加豐富，吸附作用明顯提升，可實現對重金屬物質的動態化吸收[1]。

本文選擇甘蔗渣為核心基質，利用檸檬酸對其進行改性處理獲得全新吸附劑，以重金屬廢水為研究主體對最佳吸附條件進行探究。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

分光光度計、磁力攪拌器、熱分析儀、恒溫水浴鍋及干燥箱，宇隆儀器公司(上海)；循環真空泵，鷹迪儀器設備公司(上海)；TG-DSC表征采用耐馳科學儀器公司生產的STA449-F3型同步熱分析儀；SEM表征采用德國蔡司公司EVO18型掃描電鏡；紅外表征采用日本島津公司MPIR8400S型紅外光譜儀。

1.2 實驗材料

將甘蔗渣浸入蒸餾水內煮沸50 min，然后用去離子水對甘蔗渣進行反復浸泡，烘箱中100 ℃烘干，利用粉碎機做粉碎處理[2]。取甘蔗渣12 g，利用200 mL濃度1.2 mol·L-1的檸檬酸溶液浸泡和攪拌1 h后，將檸檬酸去除。利用蒸餾水對甘蔗渣進行清洗，置于(100～120) ℃下經過12 h烘干，得到檸檬酸改性甘蔗渣。

1.3 實驗流程

將重金屬離子融入去離子水中形成所需溶液，根據實驗要求確定溶液稀釋的具體數值，采用分光度計測量連續吸收光譜，確定波長最大值。然后利用光度計，對不同濃度溶液處于最大波長時的吸光度進行測量。最后，取一定量溶液，置于錐形瓶內，利用鹽酸/氨水對溶液pH值進行調節，加入檸檬酸改性甘蔗渣，放入水浴鍋內，在一定時間和溫度下完成吸附實驗，按照下式計算吸附率：

吸附率=(1-AC/AO)×100%

式中，AC為吸附后溶液吸光度，AO為吸附前溶液吸光度。

2 結果與討論

2.1 吸附影響因素

考察pH值、吸附時間、吸附溫度、吸附劑用量對改性甘蔗渣吸附性能的影響，結果見表1。從表1可以看出，改性甘蔗渣吸附重金屬的最佳條件為吸附溫度50 ℃；吸附時間30 min；甘蔗渣用量0.5 g。

表1 不同因素對改性甘蔗渣吸附性能的影響Table 1 Influence of different factors on adsorption properties of modified bagasse

此外，在相同條件下，對未改性甘蔗渣、改性甘蔗渣的吸附性能進行考察，結果表明，在濃度固定的重金屬溶液中，分別加入0.5 g未改性甘蔗渣和0.5 g改性甘蔗渣，未改性甘蔗渣的吸附率為43%，改性甘蔗渣的吸附率為90%。由此可見，改性甘蔗渣更適合對重金屬進行吸附。

2.2 TG-DSC

對甘蔗渣改性前后進行熱重分析，結果如圖1所示。由圖1可以看出，在溫度未達到250 ℃時，未改性甘蔗渣和改性甘蔗渣失重不明顯，當溫度到達250 ℃后，失重較為直觀，這主要是由于高溫使甘蔗渣含有的半纖維素與纖維素裂解。待溫度上升到300 ℃，未改性甘蔗渣的殘留質量83%，改性甘蔗渣的殘留質量僅有78%，這也從側面表明改性甘蔗渣的內部較未改性甘蔗渣更為疏松，一旦外界環境快速上升，就會出現明顯的失重情況。

圖1 甘蔗渣改性前后TG-DSC曲線Figure 1 TG-DSC curves of bagasse before and after modification

2.3 SEM

甘蔗渣改性前后的SEM照片如圖2所示。由圖2可知，經檸檬酸改性后的甘蔗渣擁有更為粗糙的表面，有大量微孔結構存在，增加了比表面積，能提供結合位點的數量增加。

圖2 甘蔗渣改性前后的SEM照片Figure 2 SEM images of bagasse before and after modification

2.4 IR

甘蔗渣改性前后的IR譜圖如圖3所示。由圖3可知，改性后的甘蔗渣紅外光譜圖有兩個新峰出現，分別在1 240 cm-1、1 060 cm-1，歸屬為羧酸根不對稱、伸縮吸收峰[4]。由此可見，利用檸檬酸對甘蔗渣進行改性處理，增加了甘蔗渣表面羧基官能團的數量，活性位點的數量隨之增加。因此吸附劑吸附重金屬的容量也得到顯著提高。

圖3 甘蔗渣改性前后的紅外光譜圖Figure 3 Infrared spectra of bagasse before and after modification

2.5 再生性能

以EDTA為洗脫劑，對吸附重金屬的改性甘蔗渣進行多次吸附/解吸實驗，結果表明，吸附量所受損失較小，此外，重金屬回收率均超過了90%。由此可見，改性甘蔗渣的再生性能較為突出，利用其對重金屬廢水進行處理，在降低成本的基礎上，降低環境被污染的可能性。

3 結 論

利用改性甘蔗渣制備吸附劑，采用檸檬酸改性后可將大量羧基官能團引入甘蔗渣內部，增加甘蔗渣表面活性位點的數量，賦予吸附劑更為理想的吸附能力。在各項條件均達到理想狀態的前提下，甘蔗渣對重金屬的吸附率得到顯著提高。