全 文 ：第 44 卷第 22 期
2016 年 11 月
广 州 化 工
Guangzhou Chemical Industry
Vol. 44 No. 22
Nov. 2016
改性南瓜藤蔓对水体中铜离子的吸附去除研究*
蓝碧健
(太仓碧奇新材料研发有限公司，江苏 苏州 215431)
摘 要:以粉碎的南瓜藤蔓(SPV)为原料，制备了丁二酸改性的南瓜藤蔓吸附剂(SMPV);研究了吸附时间、铜离子初始浓
度、吸附剂用量对吸附性能的影响，分析了吸附过程的动力学和等温吸附规律，结果表明，SMPV 对铜离子的吸附符合二级吸附
动力学模型，吸附等温线与 Langmuir 方程具有很好的拟合性。通过红外光谱及热性能分析，比较 SPV 与 SMPV 的异同，分析
SMPV的优势。
关键词:南瓜藤蔓;丁二酸;吸附;铜离子;pH值
中图分类号:O636. 1 文献标志码:B 文章编号:1001－9677(2016)022－0031－03
* 基金项目:江苏省科技厅 2015 重点研发计划(社会发展—面上项目)(BE2015649) ;太仓市重点研发计划(社会发展)(TC2015SF03)。
作者简介:蓝碧健(1980－)，女，工程师，主要从事功能复合材料研制开发。
Study on Succinic Acid Modified Pumpkin Vine Adsorbent to Adsorb
Copper Ion in Water*
LAN Bi－jian
(Taicang Biqi New Materials Ｒesearch and Development Inc. ，Jiangsu Suzhou 215431，China)
Abstract:Succinic acid modified pumpkin vine adsorbent (SMPV)was prepared with smash pumpkin vines (SPV)
as raw materials. Various factors，such as adsorption time，the amount of adsorbent and initial concentration of copper
ion，were investigated. The kinetic and adsorption isotherm were also studied. The results showed that the adsorption of
copper ion by SMPV complied with second adsorption kinetics，and its adsorption isotherm corresponded to the form of
Langmuir isotherm. The similarities and differences compared to the IＲ spectra and TG analysis of SPV and SMPV were
obtained. The advantages of SMPV were indicated.
Key words:pumpkin vine;succinic acid;adsorb;copper ion;pH
电镀是利用电化学的方法对金属和非金属表面进行装饰、
防护及获得某些新的性质的一种工艺过程，是现代工业不可缺
少的组成部分，其发展方向是在不断开拓新技术、新工艺的同
时，着重致力于电镀污染的治理［1－3］。吸附法是是去除废水中
重金属离子的一种方法，其核心是吸附剂的选择［4－5］，吸附剂
需要有很多微孔很大的比表面积，吸附能力很强，才能很好的
去除重金属离子。植物藤蔓吸附剂由于分子结构中存在各种秸
秆基团(如羟基、巯基、羧基、氨基等)，通过与吸附的金属离
子形成离子键或共价键，达到吸附金属离子的目的［6－7］。
南瓜藤蔓富含纤维素、木质素，是一种常见的农业废弃
物，一直以来主要用于还田、堆肥或者牲畜饲料。一些作者也
探讨使用纤维素类农作物废弃物作为吸附剂，用于水环境中污
染物的吸附并取得了较好的效果。本研究用改性南瓜藤蔓作为
吸附剂吸附去除水体中的二价铜离子，并从热力学、动力学、
环境因素影响等方面对南瓜藤蔓吸附铜离子的能力进行了评
价，阐述了相关的吸附机理。
1 实 验
1. 1 试剂和仪器
试剂:HCl、NaOH、NaCl、CuCl2、丁二酸酐、氨水等购置
于国药集团化学试剂上海有限公司。
仪器:Nicolet Nexus 470 红外光谱仪;TG 209 F1 热重分析
仪;THZ－92C型台式恒温振荡器;pHS－3C 型精密 pH 计;能
量色散 X－荧光光谱仪 XＲF－W8。
1. 2 吸附剂 SPV的制备
取南瓜藤蔓适量加入粉碎机中，打磨成粉状，采取循环多
次打磨，直至肉眼识别不出大颗粒，方能过筛。过筛粉末继续
加入研钵中打磨，得南瓜藤蔓吸附剂 SPV［8］。
1. 3 吸附剂 SMPV的制备
5 g SPV，置于 100 mL烧杯中，加入 50 mL 水，20 ℃搅拌
5 min，加入 3 g丁二酸酐，继续搅拌 3 h，过滤，将湿滤渣置于
不锈钢托盘中，在烘箱终加热至 120 ℃，放置 4 h，取出，冷
却，得改性南瓜藤蔓吸附剂(SMPV)。
1. 4 铜离子去除实验［8］
(1)平衡吸附量
分别称量 5 份 0. 03 g 的 SPV、5 份 0. 01 g 的 SMPV 于
32 广 州 化 工 2016 年 11 月
10个试管瓶中，同时加入 20 mL的 1 mM铜离子溶液，于 20 ℃
条件下置于振荡器内。分别于 5、10、15、30、40、60、120、
240 min后取出试管瓶，经由玻璃砂芯漏斗过滤，用能量色散
X－荧光光谱仪 XＲF测量滤液中铜离子的含量，计算平衡吸附
量。
(2)固 /液比的影响
分别称量 0. 25、0. 5、0. 667、1、1. 5、2 g的 6 份 SPV，及
6份 SMPV于 12 个试管瓶中，同时加入 1000 mL 的 1 mM 的铜
离子溶液，于 20 ℃条件下置于振荡器内吸附 4 h，然后经玻璃
砂芯漏斗过滤，用能量色散 X－荧光光谱仪 XＲF 测量滤液中铜
离子的含量，计算去除率。
(3)pH的影响
分别称量 6 份 0. 03 g 的 SPV 及 SMPV 于 12 个试管瓶中，
同时加入 20 mL的 1 mM的铜离子溶液。用 HCl与 NaOH调节
铜离子溶液的 pH分别至 2. 1、3、4. 2、5、5. 5、6. 1。于 20 ℃
条件下置于振荡器内吸附 4 h，然后经玻璃砂芯漏斗过滤，用能
量色散 X－荧光光谱仪测量滤液中铜离子的含量，计算去除率。
(4)起始离子浓度的影响
分别称量 6 份 0. 03 g 的 SPV 及 SMPV 于 12 个试管瓶中，
各加入 20 mL 的 9. 65、4. 83、2. 41、1. 45、0. 97、0. 48 mM 的
铜离子溶液。于 20 ℃条件下置于振荡器内吸附 4 h，然后经玻
璃砂芯漏斗过滤，用能量色散 X－荧光光谱仪测量滤液中铜离
子的含量，计算平衡吸附量。
2 结果与讨论
2. 1 吸附动力学
模型方程如下:
Freundlich模型:lnqe =(1 /n)lnCe+lnKf
Langmuir模型:1 /qe =1 /qm+ 1 /(qmbCe)
式中:qe———吸附达到平衡时铜离子在稻壳上的吸附量
Ce———吸附达到平衡时铜离子在溶液中的平衡浓度
qm———依据 Langmuir假设拟合得到的最大吸附量
n、Kf、b———特征常数
图 1是 SPV及 SMPV对铜离子的吸附量随吸附时间的变化
(吸附剂:0. 030 g，铜离子溶液:20 mL，起始浓度:1. 00 mM，
起始 pH值:5. 5，20 ℃)。随着时间的增加，溶液中铜离子的
去除率升高，当达到 120 min之后铜离子浓度趋于平衡。由图 1
可以看出，SMPV的平衡吸附量达到 130 mg /g，远大于 SPV 的
45 mg /g，说明丁二酸酐表面改性有利于的增强南瓜藤蔓的铜
离子吸附。
图 1 SPV(a)及 SMPV(b)对铜离子的吸附量随吸附时间的变化曲线
Fig. 1 The relationship between time and adsorption amount
for SPV(a)and SMPV(b)
Freundlich方程能很好地描述 SPV 对铜离子的吸附，其相
关系数达到 0. 9559，而 Langmuir方程能更好地描述 SMPV对铜
离子的吸附，其相关系数达到 0. 9642，根据 Langmuir方程拟合
的结果，铜离子在 SMPV上的饱和吸附量可达 348. 1 mg /g。
2. 2 吸附剂投加量(固液比)的影响
由图 2 可知，随着 SPV及 SMPV 量的增加(起始铜离子浓
度:1. 00 mM，起始 pH值:5. 5，20 ℃，4 h)，铜离子的去除率
E(%)增加，这是因为 SPV及 SMPV 提供给铜离子的吸附位点
增加;但增加到一定值后，铜离子去除率增加的幅度开始减
少，对于 20 mL的 1. 00 mM的铜离子溶液，0. 03 g的 SMPV可
以对铜实现 95%的去除，0. 04 g SMPV可以对铜实现 96%的去
除。从性价比来看，0. 03 g 的 SMPV 投加量是一个比较好的选
择。对未改性的南瓜藤蔓 SPV来说，铜离子的去除率 E很难超
过 40%，说明表面改性是南瓜藤蔓用于铜离子吸附的关键工
艺。
图 2 SPV(a)及 SMPV(b)的投加量(固液比)的影响
Fig. 2 The effect of solid / liquid ratio for SPV(a)and SMPV(b)
2. 3 pH的影响
图 3 显示的是不同 pH 条件下 SPV 及 SMPV 对铜离子的去
除效果(吸附剂:0. 030 g，铜离子溶液:20 mL，起始浓度:
1. 00 mM，20 ℃，4 h)。由图 3 可以看出，在 pH 2. 1 ～ 6. 4 的
溶液环境中，随着 pH 的增加，铜离子去除率增加，这归因于
pH增加后，SMPV表面的正电荷减少，负电荷增加，这对于带
有正电荷的铜离子来说有利于通过静电引力作用向 SMPV 表面
靠近。当溶液 pH高于 5 时，铜离子的去除率大于 95%。对未
改性的南瓜藤蔓 SPV 来说，当 pH 高于 3 时，铜离子的去除率
基本趋于稳定(低于 30%)，说明未改性的南瓜藤蔓用于铜离子
吸附的效率很低，作用有限。
图 3 溶液 pH值对 SPV(a)及 SMPV(b)吸附铜离子的影响
Fig. 3 The relationship between pH and the copper ion adsorption
for SPV(a)and SMPV(b)
第 44 卷第 22 期 蓝碧健:改性南瓜藤蔓对水体中铜离子的吸附去除研究 33
2. 4 起始离子浓度强度的影响
图 4 是铜离子起始浓度对 SPV及 SMPV吸附铜离子的影响
变化趋势(吸附剂:0. 030 g，铜离子溶液:20 mL，起始 pH
值:5. 5，20 ℃，4 h)。由图 4 可知，随着铜离子起始浓度的增
加，SPV的铜离子平衡吸附量也增加，SMPV的铜离子平衡吸附
量先增大后减小，在起始浓度为5 mM时达到峰值(1. 78 mM/g)，
说明铜离子在 SMPV 表面的吸附是依靠离子交换作用进行的，
而 SPV表面的吸附不是。
图 4 起始浓度对 SPV(a)及 SMPV(b)吸附铜离子量影响
Fig. 4 The effect of initial copper ion concentration for the adsorption
for SPV(a)and SMPV(b)
2. 5 红外光谱分析
图 5 SPV(a)和 SMPV(b)的红外光谱图
Fig. 5 The IＲ spectra for SPV(a)and SMPV(b)
由图 5可知，SPV和 SMPV均在 3430 cm－1处出现了－OH伸
缩振动峰，在2920 cm－1处出现了 C－H伸缩振动峰，在1260 cm－1
处出现 C－O－C对称伸缩振动峰，在 1055 cm－1处出现了 C－O－C
不对称伸缩振动峰。但 SMPV的上述 4 个振动峰的峰强度均较
SPV有所增强。此外，SMPV在 1736 cm－1处新出现了一个－C=O
的伸缩振动峰。由此可知，经丁二酸改性后，南瓜藤蔓的羟
基、酯羰基和甲基的数量均有所增加，表明丁二酸与南瓜藤蔓
间发生了酯化反应，形成了新的－C =O 官能团并引入了更多的
－OH官能团，提高了材料的吸附性能。
3 结 论
(1)SPV和 SMPV的红外光谱对比说明经丁二酸处理的南
瓜藤蔓表面引入了新的－C=O官能团，材料酯化改性成功。
(2)SPV和 SMPV对铜离子的吸附率均随投加量的增加而
增大，对于 20 mL的 1. 00 mM 的铜离子溶液，0. 03 g 的 SMPV
可以对铜离子实现 95%的去除，铜离子在 SMPV上的饱和吸附
量可达 348. 1 mg /g。
(3)溶液 pH值对 SPV和 SMPV吸附铜离子有较大影响，溶
液 pH值达到 5 时，SMPV对铜离子的去除率大于 95%。
参考文献
［1］ Salcedo AFM，Ballesteros FC，Vilando AC. Nickel recovery from
syntheticWatts bath electroplating wastewater by homogeneous fluidized
bed granulation process ［J］． Sep Purif Technol，2016，169:128 －
136.
［2］ Singh P，Nagendran Ｒ. A comparative study of sorption of chromium
(III)onto chitin and chitosan［J］． Appl Water Sci，2016，6:199－
204.
［3］ Zhang L，Zeng Y，Cheng Z. Ｒemoval of heavy metal ions using
chitosan and modified chitosan:A review［J］． J Mol Liq，2016，214:
175－191.
［4］ Fujita S，Sakairi N. Water soluble EDTA － linked chitosan as a
zwitterionic flocculant for pH sensitive removal of Cu(II)ion［J］． ＲSC
Adv，2016，6:10385－10392.
［5］ Yu Y，Wang J，Lian J. A high－performance polyurethane sponge for
the detection，adsorptionand separation of Cu2+ ions［J］． ＲSC Adv，
2014，4:18222－18228.
［6］ 黄海霞，董海英 . 柠檬酸修饰柚皮对铅离子的吸附研究［J］． 广州
化工，2014，42(11):117－119.
［7］ 王友 . 改性橙皮对 Cu2+吸附性能的研究［J］． 广州化工，2014，42
(21):110－112.
［8］ 任柏年，毕梦娜，朱紫悠，等 . 稻壳对水体中铜离子的吸附去除研
究［J］．广州化工，2015，43(1):91－93.