全 文 ：　2007年 5月
　第 30卷　第 3期
四川师范大学学报(自然科学版)
JournalofSichuanNormalUniversity(NaturalScience)
May, 2007
Vol.30, No.3
　　收稿日期:2006-02-28
基金项目:四川省教育厅自然科学重点基金资助项目
作者简介:黄　翔(1980-),男,硕士生;指导教师:宗　浩(1957-),男 ,教授
花生壳对水溶液中铜离子的吸附特性
黄　翔 , 　宗　浩 , 　陈文祥 , 　陈施羽 , 　张　翔
(四川师范大学生命科学学院 , 四川 成都 610066)
　　摘要:研究了花生壳对水溶液中重金属铜离子的吸附特性.得到结论:0.25 g花生壳与 Cu2+初始浓度
为 100-200mg/L溶液充分接触 10 h后 , 达到对 Cu2+的最大吸附量.当 Cu2+溶液 pH值为定值 , 初始浓度范
围在 100-200mg/L时 ,金属离子初始浓度越大吸附越有利;当 Cu2+溶液初始浓度为定值时 ,溶液 pH值升
高 ,花生壳对 Cu2+的吸附能力增强.且 Cu2+溶液的 pH值变化范围在 2.0-5.6之间.在恒定 pH值下 , 使用
Langmuir模型和 Freundlich模型描述花生壳对 Cu2+离子的吸附特性.另外 , 其它金属阳离子的存在使花生
壳对 Cu2+的吸附量降低.
关键词:花生壳;Cu2+;吸附
中图分类号:X703　　文献标识码:A　　文章编号:1001-8395(2007)03-0380-04
　　重金属污染对生态环境和人类健康的影响日
益严重 ,含重金属废水的处理已成为环境治理中越
来越突出的问题.采用生物吸附法去除废水中的重
金属离子 ,近年来以其新颖独特的优势引起了人们
的广泛关注 [ 1-4] .
虽然 Cu2+是人体必需的元素 ,并参与人体中
许多重要的代谢过程和生理作用.但流行病学的研
究结果表明:人体摄入过量的铜使得癌症的发病率
大大升高[ 1] .目前 ,国外逐渐重视利用廉价的农副
产品作为吸附剂来清除工业废水中的 Cu2+ ,因为
当溶液中的金属离子的浓度低于 100 mg/L时 ,化
学方法处理可能比较困难或费用偏高 ,而生物吸附
法更为有效.
常用的农副产品有树皮 、棉花壳 、花生壳 、锯
屑 、橘子皮等 ,我国是农业大国 ,花生壳来源丰富且
廉价 ,所以本文利用花生壳作为吸附剂 ,探讨其对
溶液中的 Cu2+的吸附规律.
1　实验材料和方法
1.1　材料及药品　材料:将花生壳洗净 ,于 80 ℃
恒温烘干 48h至恒重 ,研磨 ,过 100目的尼龙筛.存
于干燥器中备用.药品:分析纯 CuSO4· 5H2O、乙酸
铅 、二乙胺基二硫代甲酸钠.
1.2　分析方法　(1)溶液中 Cu2+浓度采用二乙胺
基二硫代甲酸铅置换法测定[ 5] .
(2)吸附量的计算公式
qe =(c0 -ce)V/W,
其中 qe为吸附量 , mg/g;c0为 Cu2+初始浓度 , mg/L;
ce为吸附平衡时 Cu2+浓度 , mg/L;V为溶液体积 , L;
W为花生壳干重 , g.
1.3　实验方法
1.3.1　吸附时间的确定　50 mL, 100 mg/LCu2+
溶液中 ,加入 0.25 g花生壳.25 ℃下 , pH值自然 ,
以 150r/min的转速在摇床(HY-6回转式调速摇瓶
机)上振荡吸附不同时间后 ,静置 ,用移液管吸取上
层清液测定吸附后 Cu2+溶液浓度 ,计算吸附量.
调节 Cu2+初始浓度分别为 120、180 mg/L,用
上述方法做 2组平行实验 ,计算不同吸附时间下的
吸附量.
1.3.2　确定吸附时 Cu2+溶液初始 pH值范围　50
mL, 100 mg/LCu2+溶液中 ,加入 0.25 g花生壳.25
℃下 ,调节 pH值分别为 1.8, 2.0, 3.4, 4.4, 5.6,
6.1,以 150r/min的转速在摇床(HY-6回转式调速
摇瓶机)上振荡吸附 10 h后 ,静置 ,用移液管吸取
上层清液测定吸附后 Cu2 +溶液浓度 ,计算吸附量.
调节 Cu2+溶液初始浓度为 180 mg/L,调节其
初始 pH值分为 1.8, 2.0, 3.4, 4.4, 5.6, 6.1.测定
Cu2+溶液初始浓度为 180 mg/L时 ,不同溶液初始
pH值下的吸附量.
1.3.3　确定吸附时 Cu2 +溶液初始浓度范围　分别
准确称取 0.25g花生壳于 40、80、100、120、180、200
mg/LCu2+溶液中 ,再将此 6个浓度样品作为 1组 ,
分别调 pH值至 2.0, 4.4, 5.6做 3组平行实验.25
℃下 ,以 150 r/min的转速在摇床(HY-6回转式调
速摇瓶机)上振荡吸附约 10 h后 ,静置 ,用移液管
吸取上层清液测定吸附后 Cu2+溶液浓度 ,计算吸
附量.
1.3.4　其他共存阳离子对吸附量的影响　50 mL,
200mg/LCu2 +溶液中 ,分别加入 5、10、15、20 mL,
100mg/LNa+溶液 ,再加入 0.25 g花生壳.25 ℃
下 , pH值自然 ,以 150 r/min的转速在摇床 (HY-6
回转式调速摇瓶机)上振荡吸附 10 h后 ,静置 ,用
移液管吸取上层清液测定吸附后 Cu2+溶液浓度 ,
计算吸附量.
另外 ,分别在 50mL, 200 mg/LCu2+溶液中 ,分
别加入 5、10、15、20 mL, 100 mg/LZn2 +溶液.再在
50 mL, 200 mg/LCu2+溶液中 ,分别加入 5、10、15、
20 mL, 100 mg/LPb2+溶液.测定其他共存阳离子
对吸附量的影响.
1.4　吸附模型
1.4.1　Langmuir吸附模型及其意义　金属的吸附
量是金属离子平衡浓度的函数.常用 Langmuir吸附
模型对吸附量进行描述[ 6] .Langmiur吸附方程为
qe = qmkace1 +kace. (1)
式中 , qe表示吸附量 , mg/g;qm表示饱和吸附量 ,
mg/g;ce表示溶液平衡时离子的浓度 , mg/L;ka表
示吸附平衡常数 , L/mg.
1.4.2　Freundlich吸附模型及其意义 　Freundlich
是一个经验吸附模型 ,其表述为
qe =kFc1/ne , (2)
式中 qe表示吸附量 , mg/g;ce表示溶液平衡时离子
的浓度 , mg/L;kF, 1n表示吸附经验常数.
上述两个模型在溶液初始 pH值一定条件下 ,
可对吸附量与平衡浓度之间的关系进行拟合.
2　实验结果与讨论
2.1　吸附时间对吸附量的影响　吸附动力学实验
表明[ 7-9] :固体物质粒度的大小对金属离子的吸附
量影响一般较小 ,只要二者接触时间足够长 ,就可
达到其最大吸附量.本研究中吸附时间对吸附量的
影响如图 1, 在 pH值自然 , Cu2+初始浓度分别为
100, 120和 180mg/L条件下 ,吸附量都随着吸附时
间的增长而增加.当吸附时间达 10 h时 ,吸附量达
最大 ,在此以后吸附量就基本保持一个平衡状态.
故吸附时间确定在 10 h.
2.2　Cu2 +溶液的初始 pH值对吸附量的影响　生
物吸附剂对金属离子的吸附受 pH值的影响较
大 [ 10] ,本研究中 Cu2+溶液不同初始 pH值对吸附
量的影响如图 2所示 ,吸附的适宜 pH值范围在
2.0-5.6之间 ,最佳 pH值为 5.6.当 pH值为 6.1时
吸附量突然减小 ,其原因可能是当 pH值增大 ,使溶
液中 OH-增多导致了 Cu2+的沉淀.
一般认为 H+与被吸附阳离子之间存在竞争吸
附作用 , pH值是影响吸附率的主要因素 , pH值过
低时 , H+占据大量的吸附活性位点 ,从而阻止阳离
子与吸附活性位点的接触 ,导致吸附率下降 [ 11] .
2.3　Cu2+溶液的初始浓度对吸附量的影响　如图
3所示 ,在 pH值一定时 , 随金属离子初始浓度增
381　第 3期 黄　翔等:花生壳对水溶液中铜离子的吸附特性 　　
大 ,吸附量也增大.
2.4　其它共存金属离子对吸附量的影响　如图 4可
见 ,随着金属离子加入量的增加 ,其对花生壳吸附
Cu2+效果的影响越来越明显.共存离子中以 Zn2+的影
响最为显著 ,其次是 Pb2+.其原因可能是其它金属离
子的存在占据花生壳的吸附活性点 ,从而阻止 Cu2+与
吸附活性位点的接触 ,导致吸附率下降.
　　而影响效果 Zn2 + >Pb2+ >Na+的原因可能是
因为金属离子所带正电荷的不同 ,或者离子半径大
小不同及溶液中 H+浓度不同等多方面影响 ,这值
得进一步研究.
2.5　花生壳吸附 Cu2+的吸附模型以及吸附特征常
数　用 Langmuir模型和 Freundlich模型对实验 2.3
中吸附数据进行拟合(图 5和图 6),经回归分析得
不同 pH值时 ,上述两模型的常数和相关系数 ,见表
1和表 2.
表 1　Cu2+的 Langmiur吸附常数
Table1　LangmiuradsorptionparametersofCu2+
pH值 qm/(mg/g) ka/(L/mg) r2
2.0 20.58 0.275 4 0.916 8
4.4 22.93 0.298 6 0.953 4
5.6 31.47 0.816 2 0.962 1
表 2　Cu2+的 Freundlich吸附常数
Table2　FreundlichadsorptionparametersofCu2+
pH值 kF/(mg/g) 1/n r2
2.0 7.230 0.723 5 0.973 9
4.4 8.382 0.599 3 0.946 7
5.6 11.67 0.482 1 0.937 9
　　从图 5和图 6及表 1和表 2中相关系数 r2可
见:两模型都能较好的拟合实验数据.当 pH较低 ,
Freundlich模型拟合实验数据较好;当 pH值大于 4.4
以后 , Langmuir模型拟合实验数据效果更好.其原因
可能是因为 pH值变化影响吸附动力学变化 ,导致在
各个 pH值条件下都有相对应的最适吸附模型.
3　结论
花生壳作为吸附剂能够有效地去除溶液中的
铜离子.室温下 ,将 0.25 g花生壳与 Cu2+初始浓度
为 100-200 mg/L溶液充分接触 10 h后 ,达花生壳
对 Cu2+的最大吸附量.
溶液 pH值为定值 , Cu2+溶液初始浓度范围在
100-200mg/L时 ,金属离子初始浓度越大吸附越有
利.pH值是影响吸附的主要原因 ,其原因可能是因
H+的竞争吸附使 Cu2+吸附量迅速降低;随 pH值
382 　　 四川师范大学学报(自然科学版)　　　　　 30卷　　　 　　
升高 ,溶液中 H+浓度逐渐降低 ,此时 Cu2 +的竞吸
附能力增强.但当 pH值接近 6时 , Cu2+溶液已形成
沉淀 ,花生壳对其的吸附能力明显降低.所以 Cu2+
溶液的 pH值范围确定在 2.0-5.6.
用 Langmuir模型和 Freundlich模型对溶液 pH
值分别等于 2.0, 4.4, 5.6时的吸附进行描述 ,由相
关系数 r2可见当 pH较低 , Freundlich模型拟合实
验数据较好;当 pH值大于 4.4以后 , Langmuir模型
拟合实验数据效果更好.
从其它金属离子影响花生壳吸附 Cu2+的效果
可以看出:其它金属离子的加入 ,导致了花生壳对
Cu2+吸附量的下降 ,并随着金属离子加入量增加 ,
其对 Cu2+的吸附量越来越小;且不同共存金属离
子对吸附效果影响也不同.这对于研究实际废水中
重金属离子与其它金属离子伴生的情况有一定的
指导意义.
我国是农业大国 ,花生壳来源丰富 ,价格低廉 ,
努力开发花生壳等农副产品去除溶液中重金属离
子应该是一个发展方向.
参考文献
[ 1] SiegelS, KelerP, GalunM, etal.BiosorptionofleadandchromiumbyPenicilliumpreparations[ J] .Water, AirandSoilPolu-
tion, 1986, 27:69-75.
[ 2] FourestE, RouxJC.Heavymetalbiosorptionbyfungalmycelialby-products:mechanismsandinfluenceofpH[ J] .ApplMicro-
biolBiotechnol, 1992, 37:399-403.
[ 3] SingletonI, SimmonsP.FactorsafectingsilverbiosorptionbyanindustrialstrainofSaccharomycescerevisiae[ J] .JChemTech
Biotechnol, 1996, 65(1):21-28.
[ 4] HafezN, Abdel-RazekAS, HafezMB.AccumulationofsomeheavymetalsonAspergilusflavus[ J] .JChemTechBiotechnol,
1997, 68(1):19-22.
[ 5] 赵年华.二乙胺基二硫代甲酸铅置换测定食品中铜 [ J] .中华预防医学杂志 , 1995, 29(4):246.
[ 6] AricaMY, YaseminK, OmerG.Entrapmentofwhite-rotfungusTranzetesversicolorinCa-alginatebeads:prepa-rationandbio-
sorptionkineticanalcsisforcadmiumremovalfromanaqueoussolution[ J] .BioresourceTechnology, 2001, 80(2):121-129.
[ 7] 常秀莲 , 王文华 ,冯咏梅 , 等.裙带菜吸附 Zn2+、Cd2+、Ni2+的研究 [ C] //海洋论文集.北京:化学工业出版社 , 2005:20-25.
[ 8] 冯咏梅 , 王文华 ,常秀莲 , 等.马尾藻对水中重金属 Ni2+的吸附研究 [ J] .烟台大学学报 , 2004, 17(1):28-32.
[ 9] 常秀莲 , 孟辉 ,冯咏梅 , 等.两种海藻吸附锌离子的比较研究 [ J] .烟台大学学报 , 2004, 17(3):210-214.
[ 10] 刘恒 ,文湘华.啤酒酵母吸附重金属离子铅的研究 [ J] .环境科学研究 , 2002, 15(21):26-29.
[ 11] 王建龙 ,韩英健 , 钱易.微生物吸附金属离子的研究进展 [ J] .微生物学通报 , 2000, 15(2):26-29.
BiosorptionofCopper(II)inAqueonsSolutionbyPeanut-shuck
HUANGXiang, 　ZONGHao, 　CHENWen-xiang, 　CHENShi-yu, 　ZHANGXiang
(ColegeofLifeScience, SichuanNormalUniversity, Chengdu610066, Sichuan)
Abstract:ThispaperinvestigatesthebiosorptioncharacteristicofCu2+bypeanut-shuck.Itwasobservedthatafter10hoursbio-
sorption, themaximumbiosorptionquantitywasobtainedwhenthepeanut-shuckweightwas0.25 gandinitialconcentrationofCu2+
waswithin100 -200 mg/L.ThebiosorptionquantityofthebiomassstronglydependsonpHandtheinitialconcentrationofCu2+.
WhentheinitialconcentrationofCu2+iswithin100-200 mg/L, thehighertheinitialconcentrationis, themorebeneficialthebiosorp-
tion, withthepHvaluefixed.WhentheinitialconcentrationofCu2+isthefixedvalue, thehigherthepHvalueis, thehigherthebio-
sorptionquantityis.Inaboveprocedure, thepHvaluerangeiswithin2.0-5.6.TheLangmuirandFreundlichequationscandescribe
thebiosorptioncharacteristicsofCu2+bypeanut-shuckwiththepHvaluefixed.Inaddition, thebiosorptionquantityofthebiomass
wildecreasebecauseoftheothercations.
Keywords:Peanut-shuck;Cu2+;Biosorption
(编辑　余　毅)
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