全 文 ：第 wu卷 第 |期
u s s y年 | 月
林 业 科 学
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竹炭对溶液中汞k µl离子的吸附行为研究
张启伟 王桂仙
k丽水学院化学系 丽水 vuvsssl
摘 要 } 研究不同竹炭对溶液中 ‹ªun的吸附能力 o包括接触时间 !³‹ 值 !投料量 !吸附温度和溶液中汞的初始浓
度对吸附的影响 ∀结果表明 }竹炭能有效去除水溶液中的汞 ~在 ³‹ 值 v1u ∗ y1u的范围内 o竹炭对溶液中的汞均有
较大的吸附能力 o最佳的吸附酸度为 ³‹ € x1| ~吸附温度升高 o吸附量减小 o说明吸附是放热过程 ~ƒµ¨∏±§¯¬¦«等温吸
附模型能较好地描述吸附过程 ∀用水和微波加热的方法对吸附后的竹炭进行再生试验 o竹炭的吸附能力可恢复到
原来的 |z h以上 ∀竹炭可作为理想的除汞吸附材料 ∀
关键词 } 竹炭 ~汞 ~吸附 ~影响因素
中图分类号 }×±vxt 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussyls| p stsu p sw
收稿日期 }ussx p sv p tw ∀
基金项目 }丽水学院重点科研课题 ∀
Αδσορπτιον Βεηαϖιορ οφ τηε Βαµ βοο2Χηαρχοαλφορ Μερχυρψ k µl ιν Αθυεουσ Σολυτιον
«¤±ª ±¬º¨ ¬ • ¤±ªŠ∏¬¬¬¤±
k ∆επαρτµεντ οφ ΧηεµιστρψoΛισηυι Υνιϖερσιτψ Λισηυι vuvsssl
Αβστραχτ} ׫¨ ¤§¶²µ³·¬²± ¦¤³¤¦¬·¬¨¶²©·«¨ ¥¤°¥²²2¦«¤µ¦²¤¯ ©²µ°¨ µ¦∏µ¼k µlº¤¶¶·∏§¬¨§¬± ¤´ ∏¨²∏¶¶²¯∏·¬²±q °¤µ¤°¨ ·¨µ¶
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¶²¯∏·¬²±q• ¶¨∏¯·¶¶«²º¨ §·«¤·¥¤°¥²²2¦«¤µ¦²¤¯ ¦²∏¯§ ©¨©¨¦·¬√¨ ¼¯ µ¨°²√¨ °¨ µ¦∏µ¼ ©µ²° ¤´ ∏¨²∏¶¶²¯∏·¬²±q ׫¨ ¥¤°¥²²2¦«¤µ¦²¤¯
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°¬¦µ²º¤√¨ «¨¤·¬±ªo·«¨ ³¨µ¦¨±·¤ª¨¶²© µ¨ª¨ ±¨ µ¤·¬²± µ¨¤¦« ∏³º¤µ§¶²© |z h q ׫¨ ¥¤°¥²²2¦«¤µ¦²¤¯ ¤µ¨ ·«¨ ¥¨·¨µ¤¥¶²µ³·¬√¨
°¤·¨µ¬¤¯ µ¨°²√¬±ª °¨ µ¦∏µ¼k µl©µ²° ¤´ ∏¨²∏¶¶²¯∏·¬²±q
Κεψ ωορδσ} ¥¤°¥²²2¦«¤µ¦²¤¯ ~ °¨ µ¦∏µ¼ k µl ~¤§¶²µ³·¬²±~¬±©¯∏¨±¦¬±ª©¤¦·²µ¶
竹炭是竹材热解得到的主要产品 o是一种多孔性物质 o具有较大的比表面积和强吸附性 ∀竹炭作为一种
新型吸附材料 o在环境保护 !医学和食品等领域具有广泛的应用前途k吴巧玲 ousst ~张文标等 ousstl ∀目前
国内关于竹炭对重金属离子的吸附未见报道 ∀我国竹资源世界第一 o竹炭产量高 o开展竹炭对重金属离子的
吸附性能研究 o有利于拓展竹炭产品的应用范围 o为竹炭在重金属废水处理中的应用提供科学依据 ∀
汞是对环境造成严重危害的重金属之一 o国内外运用不同的吸附材料吸附汞的研究较为活跃 o也有不少
报导 o如活性炭k立本英机等 oussul !高分子螯合树脂k张启伟等 oussvl !雪松木炭k°∏¯¬§²2‘²√¬¦¬² ετ αλqousstl
等 ∀本文研究了在 ‘¤„¦2‹„¦体系中竹炭对水中汞离子的吸附性能 o测定了接触时间 !³‹值 !投料量 !吸附温
度和溶液中汞的初始浓度对吸附的影响 o特点是吸附速率快 !吸附效果好 !价格便宜 o原料易得 o因此 o有可能
成为一种汞废水处理的有效新途径 ∀
t 材料与方法
111 主要仪器及试剂
zuv型分光光度计 !≥‹„ p ts型等水浴恒温振荡器k ? s1x ε l !³‹≥ p v≤ 型酸度计 !• ⁄|ss≥uv p u型格
兰仕家用微波炉 ∀
u1s °ª#°pt的汞k µl标准溶液由 ‹ªk‘’lu 配制 ∀³‹为 v1u ∗ y1u的缓冲溶液由 ‘¤„¦p‹„¦配制 ∀其他
试剂均为分析纯 ∀
竹炭 }土窑竹炭k条状l !机械竹炭k条状l !中林竹炭k机械 o颗粒状l o由浙江富来森竹炭有限公司提供 ∀
竹炭经粉碎 o过 us ∗ vs目和 vs ∗ ws目筛 o平均粒径为 s1|s ∗ s1ys °°和 s1ys ∗ s1wx °°∀吸附前经去离子水
煮沸 vs °¬±后 o洗涤数次 ouxs ε 烘至恒重 ∀
112 分析方法
汞离子浓度用 s1t h 的甲基百里酚蓝溶液做显色剂的分光光度法分析 ∀
113 吸附平衡试验
准确称取一定质量的竹炭于碘量瓶中 o加入一定体积的汞标准溶液 o加 ‘¤„¦2‹„¦缓冲溶液至 tss °o
置于恒温振荡器中振荡至平衡 o振荡速率控制在每分钟 tss次k以下同l ∀用甲基百里酚蓝分光光度法分析
水相中汞的平衡浓度 χ¨ k°ª#°ptl o按下式计算比吸附量 Θk°ª#ªptl及吸附率 Ε ∀
Θ € kχs p χ¨ lς# µ pt ~Ε € kχs p χ¨ lΠχs ≅ tss h
式中 }χs 为汞的初始浓度k°ª# °ptl ~ χ¨ 为汞平衡浓度k°ª# °ptl ~ς为吸附质溶液体积k°l ~µ 为吸附剂
质量kªl ∀
图 t 酸度对比吸附量的影响
ƒ¬ªqt Œ±©¯∏¨ ±¦¨ ²©³‹ ²± ¤§¶²µ³·¬²± ¤°²∏±·
u 结果与讨论
211 溶液酸度对吸附的影响
分别准确称量 xs1s °ª不同的竹炭ks1|s ∗ s1ys °°ly份于碘量瓶
中 o在不同 ³‹ 值的 ‘¤„¦p‹„¦缓冲体系中 o汞的初始浓度 χs € s1sus
°ª#°pt o溶液体积为 tss °oΤ € u|{ Žo于恒温振荡器中间隙振荡 o
每隔一定时间取样 o测定溶液中汞的浓度 o直至平衡 ∀计算吸附剂对
体系中汞的比吸附量与 ³‹值之间的关系 o结果见图 t ∀
试验发现 }在 ³‹ € v1u ∗ y1u的范围内 o竹炭对汞均有较好的吸附
能力 o在酸性条件下 o溶液的酸度对吸附有一定的影响 o但影响程度不
大 ∀各种竹炭对汞的最佳吸附酸度均为 ³‹ € x1| ∀在 ‘‹vp‘‹w ≤¯ 缓冲
体系的碱性条件下 o竹炭的吸附量随 ³‹增大明显减小 o可能是因为在
酸性条件下 o汞的主要型体是 ‹ªun o在碱性条件下 o溶液中汞的主要型体是 ‹ªk’‹lu 和一些带负电荷的羟基
配合物 o不易被吸附k°∏¯¬§²2‘²√¬¦¬² ετ αλqousstl ∀以下的试验均在 ³‹ € x1|的 ‘¤„¦p‹„¦缓冲体系中进行 ∀
212 3种竹炭的吸附平衡时间 !吸附能力及颗粒大小对吸附的影响
分别准确称取 xs1s °ªv种品种 !不同粒径的竹炭 o在最佳吸附酸度 o汞的初始浓度 χs € s1sus °ª#°pt o
溶液体积为 tss °o置于恒温振荡器上 o在 Τ € u|{ Ž条件下振荡 o每隔一定时间取上层清液分析溶液中
‹ªun的残余浓度 o直至达到平衡 ∀将测得的一系列数据经体积校正换算成竹炭对汞比吸附量 Θ·k°ª#ªptl和
吸附率 Ε o其结果见表 t ∀
表 1 吸附平衡时间 !吸附能力及颗粒大小对吸附的影响
Ταβ .1 Εθυιλιβριυµ τιµε , αδσορπτιον αβιλιτψ ανδ ινφλυενχε οφ τηε σιζε ον αδσορπτιον
样品
≥¤°³¯ ¶¨
粒度
≥¬½¨ ¶Π°°
接触时间 ≤²±·¤¦··¬°¨ Π°¬±
vs ys |s tus txs t{s uts
比吸附量 „§¶²µ³·¬²± ¤°²∏±·Πk°ª#ªptl
吸附率
„§¶²µ³·¬²±µ¤·¨Πh
土窑竹炭 ×∏¼¤² s1|s ∗ s1ys ty1w uw1u u{1y vs1t vs1| vt1u vt1u z{1s
机械竹炭 ¬¬¬¨ s1|s ∗ s1ys uu1t uz1z vt1w vu1| vv1{ vw1v vw1w {y1s
中林竹炭 «¤±ª¯¬± s1|s ∗ s1ys uv1v u|1x vu1x vw1s vw1| vx1x vx1x {{1z
土窑竹炭 ×∏¼¤² s1ys ∗ s1wx us1z uy1x u|1y vt1v vu1z vv1z vv1z {w1v
机械竹炭 ¬¬¬¨ s1ys ∗ s1wx uv1y vs1x vv1y vw1| vx1{ vy1v vy1v |s1{
中林竹炭 «²±ª¯¬± s1ys ∗ s1wx ux1s vt1y vw1{ vy1z vz1x vz1| vz1{ |w1x
从表 t可知 }比吸附量随时间的延长而增大 o在 |s °¬±后 o吸附量增大较快 o然后吸附量增大趋于缓慢 o
在 t{s °¬±吸附量基本不变 o即达到吸附平衡k以下各项试验的吸附时间均为 t{s °¬±l ∀氨基磷酸树脂对汞
吸附的平衡时间为 ys «k张启伟等 oussvl o雪松木炭对汞的吸附平衡时间为 uw «k°∏¯¬§²2‘²√¬¦¬² ετ αλqousstl o
与竹炭相比 o竹炭具有所需吸附平衡时间短 !吸附速率快的特点 ∀
vst 第 |期 张启伟等 }竹炭对溶液中汞k µl离子的吸附行为研究
另外 o不同产品的竹炭其吸附能力不同 o以中林竹炭的吸附效果最佳 ∀吸附剂的吸附能力均遵守一般的
吸附规律 o即同种吸附剂颗粒愈小 o其比表面积愈大 o吸附能力愈强 ∀但大颗粒的竹炭振荡吸附后沉于溶液
的底部 o便于分离 ∀
213 吸附剂用量与吸附效果
分别准确称取不同质量 !粒径为 s1ys ∗ s1wx °°的中林竹炭和机械竹炭于碘量瓶中 o在最佳吸附酸度 o
汞的初始浓度 χs € s1sus °ª#°pt o溶液体积为 tss °o置于恒温振荡器上 o在 Τ€ u|{ Ž条件下振荡至平衡 o
测定平衡时水相汞离子的浓度 χk°ª#°ptl o换算成相应的比吸附量 Θk°ª#ªptl和去除率k吸附率 Εl o结果
见表 u ∀
从表 u可知 }在一定体积 !一定浓度的吸附质溶液中 o无论是哪种竹炭 o其投放量越小 o比吸附量越大 o
即 }每克竹炭吸附得越充分 ∀但是由于投放量增大 o总的吸附率是增大 o所以除汞率略有增大 ∀为了保证出
水的合格 o应根据吸附剂的优劣 !颗粒大小 o适当选择吸附剂的用量 ∀
表 2 吸附剂质量与比吸附量及除汞效果的关系
Ταβ .2 Τηε ρελατιον βετωεεν τηε αβσορβεντ µ ασσ ανδ τηε αδσορπτιον αµ ουντ , τηε ρεµ οϖινγ εφφιχιενχψ
样品
≥¤°³¯ ¶¨
吸附指标
„§¶²µ³·¬²±¬±§¨¬
吸附剂质量 „¥¶²µ¥¨ ±·°¤¶¶Π°ª
xs1s ys1s zs1s {s1s tss1s
中林竹炭 ΘΠk°ª#ªptl vz1| vu1t u{1s uw1z t|1|
«²±ª¯¬± Ε Πh |w1x |y1s |z1v |{1{ ||1x
机械竹炭 ΘΠk°ª#ªptl vy1v vt1u uz1v uw1v t|1x
¬¬¬¨ Ε Πh |s1{ |v1y |x1x |z1u |z1x
214 吸附质浓度与吸附效果
分别准确称取 xs1s °ª!粒径为 s1ys ∗ s1wx °°的中林竹炭 o在最佳酸度 !Τ € u|{ Ž下 !溶液体积为 tss
°的不同浓度k°ª#ptl的汞吸附质溶液恒温振荡至平衡 ∀测定平衡时水相中汞的浓度 o换算成相应的比吸
附量 Θk°ª#ªptl ∀汞浓度与比吸附量及吸附率的关系见图 u ∀
图 u 汞浓度对吸附的影响
ƒ¬ªqu Œ±©¯∏¨ ±¦¨ ²©¦²±¦¨±·µ¤·¬²± ²± ¤§¶²µ³·¬²±
测定了一定浓度范围内吸附质溶液浓度与比吸附量之间的
关系 ∀试验发现 }吸附质浓度对吸附剂的比吸附量影响较大 ∀
当汞的初始浓度  xs1s °ª#pt o随着汞浓度的增大 o吸附剂的
比吸附量增大幅度较快 ~当汞的初始浓度  xs1s °ª#pt o吸附
剂的比吸附量随浓度增大的幅度趋于减缓 o曲线出现转折 ∀吸
附率 Ε则在低浓度区缓慢减小 o而在高浓度区减小的幅度增
大 ∀笔者认为 }竹炭的吸附能力是有限的 o一定质量的竹炭 o在
低浓度区 o竹炭的吸附能力末达饱和 o所以随吸附质浓度的增大
吸附量较快的增大 ~而在高浓度区 o由于竹炭的吸附能力趋于饱
和 o所以吸附量增大缓慢 ∀当浓度的增大幅度大于吸附量增大
的幅度时 o去除率减小 o在高浓度区 o由于浓度的增大幅度远大
于吸附量的增大幅度 o所以去除率急剧下降 ∀
215 等温吸附和温度对比吸附量的影响
分别准确称取 u组不同质量 !粒径为 s1ys ∗ s1wx °°的中林竹炭于碘量瓶中 o在最佳酸度 !汞的初始浓
度 χs € s1sus °ª#°pt o溶液体积为 tss °o置于恒温振荡器上 o分别选择在 Τ€ u|{ Ž和 Τ€ vs{ Ž不同温度
条件下振荡至平衡 o测定平衡时水相汞离子的浓度 χk°ª#°ptl o换算成相应的比吸附量 Θk°ª#ªptl ∀分别
试验与 ƒµ¨∏±§¯¬¦«吸附等温方程式的符合情况及温度对比吸附量的影响结果见表 v ∀
结果表明 }温度升高 o比吸附量减小 o表明吸附是放热过程 ∀另外 o等温吸附符合 ƒµ¨∏±§¯¬¦«吸附方程式 }
ª¯Θ € ktΠνl¯ ªχ n ª¯β o以 ª¯Θ2¯ ªχ做图k图 vl o可得良好线性关系 ∀等温方程和相关系数见表 v ∀u|{ Ž时的
ν € v1zs ~vsv Ž时的 ν € t1ux ∀ ƒµ¨∏±§¯¬¦«吸附方程式求得 ν值在 u ∗ ts之间时 o吸附容易进行 o而竹炭对汞
的试验中 o温度较低时 ν大于 u o说明竹炭吸附汞在低温时更容易进行k北川浩等 ot|{vl ∀
wst 林 业 科 学 wu卷
表 3 温度对吸附的影响和 Φρευνδλιχη等温吸附式
Ταβ .3 Ινφλυενχε οφ τεµ περατυρε ον αδσορπτιον ανδ τηε Φρευνδλιχη ισοτηερµ µ οδελ
样品
≥¤°³¯ ¶¨
温度
× °¨³¨µ¤·∏µ¨ΠŽ
吸附剂质量 „¥¶²µ¥¨ ±·°¤¶¶Π°ª
xs1s ys1s zs1s {s1s tss1s
比吸附量 „§¶²µ³·¬²± ¤°²∏±·Πk°ª#ªptl
中林竹炭 «²±ª¯¬± u|{ vz1| vu1t u{1s uw1z t|1|
中林竹炭 «²±ª¯¬± vs{ vw1| vs1u uy1v uv1v t{1|
等温吸附方程 Œ¶²·«¨µ°¤¯ ¤§¶²µ³·¬²± ¨´ ∏¤·¬²± ª¯Θ€ s1uz¯ ªχ n u1vzku|{ Žl ª¯Θ€ s1{s¯ ªχ n v1yxkvs{ Žl
相关系数 ≤²µµ¨ ¤¯·¬²± ¦²¨©©¬¦¬¨¤· s1|{| u s1||t x
图 v ƒµ¨∏§¯¬¦«等温吸附曲线
qv ƒµ¨∏±§¯¬¦«¬¶²·«¨µ° ¤§¶²µ³·¬²± ¦∏µ√¨
216 吸附材料的再生试验
经吸附汞后的竹炭 o吸附能力下降 ∀为了使其吸附能力得
以恢复 o以水做洗脱剂 o采用煮沸或水 n微波加热的方法对吸附
后的中林竹炭ks1ys ∗ s1wx °°l进行洗脱再生 o洗脱后的竹炭进
行二次吸附 o并与初次吸附的竹炭的比吸附量对比衡量再生效
果 ∀结果见表 w ∀
因为微波具有加热速度快 !热效率高 o且具有分子意义上的
搅拌作用 o所以使用水 n微波加热洗脱得到意想不到的效果 ∀
分次洗脱 o时间相同 o但洗脱效果更佳 o吸附能力可恢复到 |z h
以上 o且经济方便 ∀
表 4 再生方法与效果
Ταβ .4 Τηε µετηοδ ανδ εφφεχτ οφ ρεγενερατιον
初次吸附量
ƒ¬µ¶·¤§¶²µ³·¬²±
¤°²∏±·Πk°ª#ªptl
再生方法
• ª¨¨ ±¨ µ¤·¬√¨ °¨ ·«²§
时间
׬° Π¨°¬±
再生后吸附量
„§¶²µ³·¬²± ¤°²∏±·¤©·¨µ
µ¨ª¨ ±¨ µ¤·¬²±Πk°ª#ªptl
效果
∞©©¬¦¬¨±¦¼Πh
vz1| ‹u ’ 煮沸 ƒ µ¨√ q vs uy1x y|1{
vz1| ‹u ’ n微波加热k一次l‹u ’ n ¬¦µ²º¤√¨ ¦¤¯ ©¨¤¦·¬²± k²±¦¨l ts vw1z |t1x
vz1| ‹u ’ n微波加热k二次l‹u ’ n ¬µ²º¤√¨¦¤¯ ©¨¤¦·¬²± k·º¬¦¨l x n x vz1s |z1y
v 结论
吸附条件试验表明 }在 ³‹ € v1u ∗ y1u的范围内 o竹炭对汞都有较好的吸附能力 o且酸度对吸附的影响不
是太大 ~在一定浓度 !一定体积的汞溶液中 o吸附剂投放量越大 o比吸附量越小 o但总的去除率越大 ~在吸附剂
量一定和一定体积的溶液中 o吸附质浓度越大 o比吸附量越大 ~吸附剂的颗粒越小 o比吸附量越大 ~吸附平衡
时间约为 t{s °¬±∀用水 n微波加热方法洗脱再生 o再生吸附能力可恢复到 |z h以上 ∀
在 Τ€ u|{ Ž和 Τ€ vs{ Ž时 o竹炭对汞的等温吸附服从 ƒµ¨∏±§¯¬¦«吸附等温方程式 ~在较低温度下竹炭
对汞的吸附较容易进行 ∀
参 考 文 献
北川浩 o铃木廉一郎 qt|{v1 吸附的基础与设计 qt版 q鹿政理 o译 q北京 }化学工业出版社 ovv p wx
立本英机 o安部郁夫 qussu1 活性炭的应用技术 qt版 q高尚愚 o译 q南京 }东南大学出版社 ovs p v|
吴巧玲 qusst1 竹炭的开发与用途 q中国林副特产 oxu ktl }v|
张文标 o叶良明 o张 宏 o等 qusst1 竹炭生产和应用 q竹子研究汇刊 ous kul }w| p xw
张启伟 o熊春华 qussv1 氨基磷酸树脂对汞的吸附性能及其机理 q离子交换与吸附 ot|kyl }xux p xvt
°∏¯¬§²2‘²√¬¦¬²oŽ∏µ¬°²·² ≠ o „²¼¤°¤  oετ αλqusst1„§¶²µ³·¬²± ²© ° µ¨¦∏µ¼ ¥¼ ¶∏ª¬º²²§¦¤µ¥²±¬½¨ §¤·t sss ε q׫¨ ¤³¤± • ²²§ • ¶¨¨¤µ¦«≥²¦¬¨·¼owz }tx|
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k责任编辑 石红青l
xst 第 |期 张启伟等 }竹炭对溶液中汞k µl离子的吸附行为研究