全 文 ：第一作者：于　芮，女，１９８７年生，硕士研究生，主要从事水体重金属污染治理研究。＃通讯作者。
＊国家自然科学基金资助项目（Ｎｏ．２０１０７０２６）；国家水体污染控制与治理科技重大专项（Ｎｏ．２００８ＺＸ０７３１６－００４）。
花生壳、大豆壳和柚子皮对Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋
和Ｎｉ　２＋的吸附研究＊
于　芮１　胡　忻２　丁竹红１＃　张宇峰１　尹大强３
（１．南京工业大学环境学院，江苏　南京２１１８１６；２．南京大学现代分析中心，江苏　南京２１００９３；
３．教育部长江水环境重点实验室，同济大学环境科学与工程学院，上海２０００９２）
　　摘要　采用农林废弃物花生壳、大豆壳、柚子皮对重金属离子Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋和Ｎｉ　２＋进行吸附研究，探讨反应时间、吸附剂用量、
ｐＨ、重金属离子初始浓度以及温度对吸附的影响。结果表明：柚子皮对Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋、Ｎｉ　２＋的吸附效果优于花生壳和大豆壳，其在２０
℃、ｐＨ　５．００、１０．０ｍｇ／ｋｇ条件下，反应３６０ｍｉｎ，Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋、Ｎｉ　２＋的吸附率分别可达８３．２０％、８４．５０％、５９．１０％；花生壳、大豆壳和
柚子皮对Ｎｉ　２＋的吸附率远低于Ｃｒ３＋和Ｃｕ２＋；花生壳、大豆壳和柚子皮对Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋、Ｎｉ　２＋的吸附动力学可以用准二级动力学方程
描述；吸附率随初始重金属离子浓度增加而降低，其吸附等温线可以用Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程描述；在一定范围内，吸附率随吸附剂用量增
加而增加；溶液初始ｐＨ在２～５时，吸附率随ｐＨ增大而增加；Ｃｕ２＋、Ｎｉ　２＋的吸附量随温度的上升而逐渐减少，但Ｃｒ３＋的吸附量随
着温度的上升而略增加。
　　关键词　花生壳　大豆壳　柚子皮　重金属
Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｒ３＋，Ｃｕ２＋ ａｎｄ　Ｎｉ　２＋ ｕｓｉｎｇ　ｐｅａｎｕｔ　ｈｕｌ，ｓｏｙｂｅａｎ　ｓｈｅｌ　ａｎｄ　ｇｒａｐｅｆｒｕｉｔ　ｐｅｅｌ　ＹＵ　Ｒｕｉ１，ＨＵ　Ｘｉｎ２，ＤＩＮＧ
Ｚｈｕｈｏｎｇ１，ＺＨＡＮＧ　Ｙｕｆｅｎｇ１，ＹＩＮ　Ｄａｑｉａｎｇ３．（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎ－
ｊｉｎｇ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２１１８１６；２．Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２１００９３；３．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａ－
ｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｗａｔｅｒ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ－
ｉｎｇ，Ｔｏｎｇｊｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９２）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｐｅａｎｕｔ　ｈｕｌ，ｓｏｙｂｅａｎ　ｓｈｅｌ，ｇｒａｐｅｆｒｕｉｔ　ｐｅｅｌ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ａｄｓｏｒｂ　Ｃｒ３＋，Ｃｕ２＋，ａｎｄ　Ｎｉ　２＋ｆｒｏｍ　ｓｉｍｕｌａ－
ｔｉｖｅ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｐｏｌｕｔｅｄ　ｗａｔｅｒ．Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｓ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ，ａｂｓｏｒｂｅｎｔｓ　ｄｏｓａｇｅ，ｉｎｉｔｉａｌ　ｐＨ，ｉｎｉｔｉａｌ　ｍｅｔａｌ
ｃｏｎｔｉｎｅｎｔｓ，ｏｒ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｗａｓ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｇｒａｐｅｆｒｕｉｔ　ｐｅｅｌ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ　ｍｅｔａｌｓ，
ａｎｄ　ｉｔ　ｒｅｍｏｖｅｄ　８３．２０％ｏｆ　Ｃｒ３＋，８４．５０％ｏｆ　Ｃｕ２＋ａｎｄ　５９．１０％ｏｆ　Ｎｉ　２＋ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ（ｐＨ　５．００，ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　１０．０
ｍｇ／ｋｇ　Ｃｒ３＋，１０．０ｍｇ／ｋｇ　Ｃｕ２＋ａｎｄ　１０．０ｍｇ／ｋｇ　Ｎｉ　２＋）ａｔ　２０℃，ｗｉｔｈ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　３６０ｍｉｎ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｏ　Ｃｒ３＋
ａｎｄ　Ｃｕ２＋，Ｎｉ　２＋ ｗａｓ　ｍｏｒｅ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ　ｔｏ　ｂｅ　ｒｅｍｏｖｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ　ａｂｓｏｒｂｅｎｔｓ．Ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｋｉｎｅｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｃｒ３＋，Ｃｕ２＋，
ａｎｄ　Ｎｉ　２＋ ｂｙ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ　ａｂｓｏｒｂｅｎｔｓ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｗｅｌ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｗｉｔｈ　ｐｓｅｕｄｏ－ｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒ　ｅｑｕａｔｉｏｎ．Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｍｅｔａｌ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｓｏｔｈｅｒｍｓ　ｗａｓ　ｗｅｌ　ｆｉｔｔｅｄ　ｗｉｔｈ　Ｌａｎｇｍｕｉｒ　ｅｑｕａｔｉｏｎ．Ａｄ－
ｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ａｂｓｏｒｂｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｃａｍｅ　ｔｏ　ａ　ｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｐＨ　ａｌｓｏ
ｒｅｓｕｌｔｅｄ　ｉｎ　ｇｒｅａｔｅｒ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｍｅｔａｌｓ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ．Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　Ｃｕ２＋ａｎｄ　Ｎｉ　２＋ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ
ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅｒｅ　ｗａｓ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｒｅｇａｒｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　Ｃｒ３＋，ｅｓｐｅｃｉａｌｙ　ｆｏｒ　ｐｅａ－
ｎｕｔ　ｈｕｌ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　ｐｅａｎｕｔ　ｈｕｌ；ｓｏｙｂｅａｎ　ｓｈｅｌ；ｇｒａｐｅｆｒｕｉｔ　ｐｅｅｌ；ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌｓ
　　随着城市化和工业化进程的不断加快，环境污
染问题日益严重，其中重金属污染尤甚。重金属在
生物体中难以被降解，往往会通过食物链而富集，严
重危害环境安全和人体健康［１］。重金属污染来源广
泛，包括工业废水、汽车尾气排放等。如电镀作为当
今世界三大污染工业之一，每年排放约４Ｇｍ３的废
水，占到工业废水排放总量的１０％［２］，由于其排放
的废水成分复杂，治理难度大，治理成本常常很高。
因此，开发高效、廉价、环保的新型吸附材料是含重
金属废水处理方面的发展趋势。我国作为农业大
国，每年产生大量的农林废弃物，不仅浪费资源，同
时也对环境造成负担，因此国内外许多学者致力于
应用农林废弃物研究废水中重金属的去除，以达到
“以废治废”的目的。于春光等［３］向初始质量浓度为
１０ｍｇ／Ｌ、ｐＨ为５的重金属溶液中投加１０ｇ／Ｌ的山
核桃壳，结果Ｚｎ２＋和Ｎｉ　２＋的去除率分别达到８９．４％
·３４·
于　芮等　花生壳、大豆壳和柚子皮对Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋和Ｎｉ　２＋的吸附研究
DOI:10.15985/j.cnki.1001-3865.2013.09.018
表１　花生壳、大豆壳和柚子皮吸附剂的基本元素１）
Ｔａｂｌｅ　１　Ｃ，Ｈ　ａｎｄ　Ｎ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｉｎ　ｐｅａｎｕｔ　ｈｕｌｓ，ｓｏｙｂｅａｎ　ｓｈｅｌｓ，ｇｒａｐｅｆｒｕｉｔ　ｐｅｅｌｓ ％　
花生壳
Ｃ　 Ｈ　 Ｎ
大豆壳
Ｃ　 Ｈ　 Ｎ
柚子皮
Ｃ　 Ｈ　 Ｎ
４２．０００　 ８．０３０　 ０．５４０　 ４１．６００　 ６．１２０　 ０．９１０　 ３９．７００　 ６．１３０　 ０．８５０
　　注：１）表中数据以质量分数计。
和９４．０％。李山［４］用１．０ｇ柠檬酸改性花生壳处理
５０ｍＬ　ｐＨ为４．５、质量浓度为５０ｍｇ／Ｌ的Ｐｂ２＋溶
液６０ｍｉｎ，吸附率可达９６．８％。ＡＹＤＩＮ等［５］在３０
ｍＬ质量浓度为２５～５００ｍｇ／Ｌ的Ｃｕ２＋溶液中加入
１．０ｇ扁豆壳、小麦或稻米吸附剂，于２０℃吸附３
ｈ，３种吸附剂对 Ｃｕ２＋ 的吸附量分别达到８．９７７、
９．５１０、９．５８８ｍｇ／ｇ。与此同时，椰子壳［６］、贝树
叶［７］、麦麸［８］等都被用于重金属的吸附研究中。
　　本研究以花生壳、大豆壳和柚子皮为吸附材料，
研究反应时间、吸附剂用量、ｐＨ、重金属离子初始浓
度及温度对含Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋、Ｎｉ　２＋的模拟废水中重金
属离子吸附的影响，探讨不同条件下３种吸附剂对
重金属离子Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋、Ｎｉ　２＋的吸附规律，为农林废
弃物的综合利用和含重金属废水的实际处理提供
参考。
１　材料与方法
１．１　吸附材料
实验采用的吸附材料花生壳、大豆壳和柚子皮
均来自南京市场。先将花生壳、大豆壳和柚子皮用
自来水洗净，在６５℃烘箱中放置２４ｈ，用粉碎机粉
碎后，过８０目筛，用去离子水清洗数次，以去除浮色
和杂质，再置于６５℃烘箱烘干恒重，备用。制备好
的吸附剂的基本元素见表１。由表１可知，花生壳
中Ｎ的比例明显低于大豆壳和柚子皮。
１．２　红外表征
将制备好的花生壳、大豆壳和柚子皮用ＫＢｒ粉
末压片，用傅氏转换红外线光谱分析仪（ＦＴＩＲ，
ＮＥＸＵＳ８７０）检测４００～４　０００ｃｍ－１处各峰。
１．３　不同吸附参数下的吸附实验
（１）不同反应时间下的吸附。３种吸附剂分别
称取０．０２ｇ置于１５ｍＬ塑料离心管中，加入１０ｍＬ
含有Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋、Ｎｉ　２＋质量浓度均为１０．０ｍｇ／Ｌ的
混合 溶 液 （由ＣｒＣｌ３·６Ｈ２Ｏ、Ｎｉ（ＮＯ３）２·６Ｈ２Ｏ、
Ｃｕ（ＮＯ３）２·３Ｈ２Ｏ配 制，０．０１ ｍｇ／Ｌ的 ＨＣｌ和
ＮａＯＨ 溶液调节ｐＨ 为５．００，下同）摇匀。于２０
℃、１２０ｒ／ｍｉｎ振荡１、２、５、１０、２０、３０、６０、１２０、１８０、
２４０、３６０ｍｉｎ，然后在４　０００ｒ／ｍｉｎ离心１５ｍｉｎ，取上
清液，采用电感耦合等离子体发射光谱仪（ＩＣＰ－
ＯＥＳ，Ｏｐｔｉｍａ５３００ＤＶ，ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ，ＵＳＡ）测 定
Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋和Ｎｉ　２＋含量。
　　（２）不同吸附剂用量下的吸附。３种吸附剂分
别称取０．０１、０．０２、０．０４、０．１０、０．２０ｇ置于１５ｍＬ
塑料离心管中，加入１０ｍＬ含有Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋、Ｎｉ　２＋
质量浓度均为１０．０ｍｇ／Ｌ的混合溶液摇匀。于２０
℃、１２０ｒ／ｍｉｎ振荡１２０ｍｉｎ，然后在４　０００ｒ／ｍｉｎ离
心１５ｍｉｎ，取上清液，采用ＩＣＰ－ＯＥＳ测定 Ｃｒ３＋、
Ｃｕ２＋和Ｎｉ　２＋含量。
　　（３）不同ｐＨ 条件下的吸附。３种吸附剂分别
称取０．０２ｇ置于１５ｍＬ塑料离心管中，加入１０ｍＬ
含有Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋、Ｎｉ　２＋质量浓度均为５．０ｍｇ／Ｌ的混
合溶液（０．０１ｍｇ／Ｌ的 ＨＣｌ和ＮａＯＨ溶液调节ｐＨ
为２．００、３．００、４．００、５．００、６．００、７．００）摇匀，后续处
理同（２）。
　　（４）不同重金属离子初始浓度对吸附的影响。３
种吸附剂分别称取０．０２ｇ置于１５ｍＬ塑料离心管
中，加入１０ｍＬ含有Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋、Ｎｉ　２＋质量浓度分别
为０．５、２．０、５．０、１０．０、２０．０、５０．０、７５．０、１００．０、１５０．０
ｍｇ／Ｌ的混合溶液（０．０１ｍｇ／Ｌ的 ＨＣｌ和ＮａＯＨ溶液
调节ｐＨ为５．００）摇匀，后续处理同（２）。
　　（５）不同温度对吸附的影响。３种吸附剂分别称
取０．０２ｇ置于１５ｍＬ塑料离心管中，加入１０ｍＬ含
有Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋、Ｎｉ　２＋质量浓度均为１０．０ｍｇ／Ｌ的混合
溶液（０．０１ｍｇ／Ｌ的 ＨＣｌ和 ＮａＯＨ溶液调节ｐＨ 为
５．００）摇匀，在２０、３０、４０、５０℃，１２０ｒ／ｍｉｎ的条件下振
荡１２０ｍｉｎ，然后在４　０００ｒ／ｍｉｎ离心１５ｍｉｎ，取上清
液，采用ＩＣＰ－ＯＥＳ测定Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋和Ｎｉ　２＋含量。
　　以上各处理均平行２份。
１．４　吸附率和吸附量的计算
吸附率（Ｑ，％）和吸附量（ｑｔ，ｍｇ／ｇ）计算：
Ｑ＝（ｃ０－ｃｔ）／ｃ０×１００％ （１）
ｑｔ＝（ｃ０－ｃｔ）Ｖ／ｍ （２）
式中：ｃ０、ｃｔ分别为混合溶液的初始质量浓度和吸附
平衡质量浓度，ｍｇ／Ｌ；Ｖ 为溶液体积，Ｌ；ｍ 为吸附
剂的质量，ｇ。
１．５　数据统计
采用Ｏｒｉｇｉｎ８．０软件进行统计、计算及绘图。
·４４·
　环境污染与防治　第３５卷　第９期　２０１３年９月
２　结果与讨论
２．１　吸附剂的红外光谱表征
图１显示了３种吸附剂的红外光谱。由图１可
知，３　４００ｃｍ－１附近为羟基Ｏ－Ｈ（醇类、酚类和羧
酸）基团的伸缩振动吸收峰；２　９３０ｃｍ－１附近为脂族
酸中对称或不对称的Ｃ－Ｈ键的伸缩振动吸收峰；
１　７４０ｃｍ－１附近为羰基Ｃ＝Ｏ（－ＣＯＯＨ、－ＣＯＯＣＨ３）的
振动吸收峰；１　６４０、１　４４０ｃｍ－１附近为离子化羧基
（－ＣＯＯ－）的对称或不对称伸缩振动吸收峰；１　５１０
ｃｍ－１附近为芳香环的骨架振动吸收峰［９－１０］；１　３７０
ｃｍ－１附近为纤维素和半纤维素中Ｃ－Ｈ的变形振动
吸收峰；１　０４０ｃｍ－１附近为纤维素和半纤维素中
Ｃ－Ｏ的伸缩振动吸收峰［１１－１２］。由图１还可知，３种
吸附剂很多基团均可能和重金属离子吸附有关，且
大豆壳和柚子皮的羰基振动吸收峰（１　７４０ｃｍ－１附
近）明显强于花生壳。
图１　３种吸附剂的红外光谱
Ｆｉｇ．１　ＦＴＩＲ　ｓｐｅｃｔｒａ　ｏｆ　３ａｄｓｏｒｂｅｎｔｓ
ａ—花生壳；ｂ—大豆壳；ｃ—柚子皮
２．２　不同吸附参数下的模拟废水吸附实验
２．２．１　反应时间对吸附的影响
不同反应时间下Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋和 Ｎｉ　２＋的吸附见
图２。由图２可知，对花生壳而言，Ｎｉ　２＋吸附量在约
５ｍｉｎ后不再增加；Ｃｕ２＋吸附量随反应时间的增加
而增加，在２０ｍｉｎ左右达到平衡，之后吸附量趋于
平衡；而Ｃｒ３＋吸附量则一直随着反应时间的增加而
缓慢增加。对大豆壳而言，Ｃｕ２＋和Ｎｉ　２＋很快达到平
衡，而Ｃｒ３＋吸附量则一直随着反应时间的增加而缓
慢增加。对柚子皮而言，３种重金属离子的吸附趋
势相近，均随着反应时间的增加，吸附量逐渐增加，
直至达到吸附平衡（约２０ｍｉｎ后）。３种吸附剂动
力学都可以用准二级动力学方程较好地拟合（见表
２）。无论采用哪种吸附剂，３种重金属离子吸附量
排序均为Ｃｕ２＋＞Ｃｒ３＋＞Ｎｉ　２＋。这可能与离子交换
机制，即带正电的金属离子和带负电的去质子化羰
基基团之间的离子反应有关［１３］。文献［１４］表明，生
物吸附材料对金属离子表现出的亲和力主要由其表
面羟基等发挥作用，而通常它们对Ｎｉ　２＋的吸附效果
不如Ｃｕ２＋。实验中，３６０ｍｉｎ时Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋和Ｎｉ　２＋
的吸附率分别为５４．１％、６３．１％和１２．１％（花生
壳），８３．３％、８３．８％和３８．１％（大豆壳），８３．２％、
８４．５％和５９．１％（柚子皮）。３种吸附剂对重金属离
子的吸附效果表现为柚子皮＞大豆壳＞花生壳，这
可能与吸附剂表面官能团的不同有关［１５］。
图２　不同反应时间对Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋和Ｎｉ　２＋吸附的影响
Ｆｉｇ．２　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｓｈａｋｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｏｎ　Ｃｒ３＋，Ｃｕ２＋ａｎｄ
Ｎｉ　２＋ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ
·５４·
于　芮等　花生壳、大豆壳和柚子皮对Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋和Ｎｉ　２＋的吸附研究
表２　准二级动力学方程拟合的吸附参数１）
Ｔａｂｌｅ　２　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｆｉｔｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｐｓｅｕｄｏ－ｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒ　ｋｉｎｅｔｉｃ　ｅｑｕａｔｉｏｎ
吸附剂
ｑｅｘｐ／（ｍｇ·ｇ－１）
Ｃｒ３＋ Ｃｕ２＋ Ｎｉ　２＋
ｋ／（ｍｇ·ｇ－１·ｍｉｎ－１）
Ｃｒ３＋ Ｃｕ２＋ Ｎｉ　２＋
ｑｅ／（ｍｇ·ｇ－１）
Ｃｒ３＋ Ｃｕ２＋ Ｎｉ　２＋
Ｒ２
Ｃｒ３＋ Ｃｕ２＋ Ｎｉ　２＋
花生壳 １．９０　 ３．６９　 ０．７１　 ０．０２６　 １．０００　 ０．５２１　 ２．５１　 ３．６５　 ０．７２　 ０．９７８　 １．０００　 ０．９６９
大豆壳 ３．１４　 ４．５５　 １．９７　 ０．０２３　 ０．１９４　 ０．４０２　 ３．８２　 ４．６５　 ２．０４　 ０．９８６　 ０．９９９　 ０．９９６
柚子皮 ３．５９　 ５．１３　 ３．００　 ０．１３６　 ０．９４４　 ３．１２０　 ３．７３　 ５．０９　 ３．０３　 ０．９９９　 １．０００　 １．０００
　　注：１）ｑｅｘｐ为实验所得平衡吸附量；ｋ为吸附反应速度常数；ｑｅ为准二级动力学方程拟合所得平衡吸附量。
２．２．２　吸附剂用量对吸附的影响
由图３可知，随着花生壳、大豆壳和柚子皮用量
的增加，３种重金属离子的吸附率均呈现增加趋势，
３种重金属离子的吸附率表现为Ｃｕ２＋ ＞Ｃｒ３＋ ＞
图３　不同吸附剂用量对Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋和Ｎｉ　２＋吸附的影响
Ｆｉｇ．３　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　Ｃｒ３＋，Ｃｕ２＋ａｎｄ
Ｎｉ　２＋ ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ａｂｓｏｒｂｅｎｔｓ
Ｎｉ　２＋。花生壳、大豆壳和柚子皮的用量分别大于
０．１０、０．０４、０．０２ｇ时，对Ｃｕ２＋的吸附率几乎不再增
加；３种吸附剂的用量大于０．１０ｇ时，对Ｃｒ３＋的吸
附率几乎不再增加；随３种吸附剂用量的增加，对
Ｎｉ　２＋的吸附率一直增加，但吸附剂用量大于０．１０ｇ
后，Ｎｉ　２＋的吸附率增加趋势渐缓。因此，对不同的重
金属离子而言，吸附剂用量的影响不同。在应用中
如用花生壳或大豆壳为吸附剂去除Ｎｉ　２＋，吸附剂用
量应适当增加。
２．２．３　ｐＨ对吸附的影响
图４显示２．００＜ｐＨ＜５．００时 Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋、
Ｎｉ　２＋的吸附率随着ｐＨ 的增大而增加。对于花生
壳，ｐＨ＞５．００后，Ｃｕ２＋的吸附率稍下降，Ｃｒ３＋ 的吸
附率则保持平稳，Ｎｉ　２＋的吸附率一直上升；对于大豆
壳，当ｐＨ 为６．００时，３种重金属离子吸附率均接
近１００％；对于柚子皮，ｐＨ＞４．００后，Ｃｕ２＋的吸附率
趋于平稳。相似的变化趋势相关文献也有报
道［１６－１７］。通常，ｐＨ越高，废水中重金属离子的去除
率也越高［１４，１８］。在较低ｐＨ 时，大量 Ｈ＋会与金属
离子之间产生竞争吸附［１９］；随ｐＨ升高，Ｈ＋竞争效
应降低，吸附增加，甚至可能部分金属由于化学沉淀
而增加去除率；但ｐＨ 升高也可能导致生成金属羟
基配合物而导致吸附率下降。
２．２．４　重金属离子初始浓度对吸附的影响
图５显示了不同重金属离子初始浓度下３种吸
附剂对重金属离子的吸附量。对于Ｃｒ３＋而言，当其
初始质量浓度大于７５．０ｍｇ／Ｌ后，其在花生壳和柚
子皮上的吸附量不再明显增加；而在大豆壳上的吸
附量则一直呈增加的趋势。对于Ｃｕ２＋而言，当初始
质量浓度分别大于５０．０、１００．０ｍｇ／Ｌ后，其在花生壳
和大豆壳上的吸附量不再增加；而在柚子皮上的吸附
量则一直呈现增加趋势。对于Ｎｉ　２＋而言，当其初始
质量浓度大于５．０ｍｇ／Ｌ后，其在３种吸附剂上的吸
附量不再增加。尽管各重金属离子吸附量增加，但吸
附率均随初始浓度增加而降低。如Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋、Ｎｉ　２＋
初始质量浓度从０．５ｍｇ／Ｌ增加到１５０．０ｍｇ／Ｌ时，柚
子皮对其的吸附率分别从９８．５０％降到１９．９０％、从
·６４·
　环境污染与防治　第３５卷　第９期　２０１３年９月
９９．３０％降到３２．２０％、从９６．５０％降到４．５７％。
图４　不同ｐＨ对Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋和Ｎｉ　２＋吸附的影响
Ｆｉｇ．４　Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　Ｃｒ３＋，Ｃｕ２＋
ａｎｄ　Ｎｉ　２＋ａｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐＨ
　　采用Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程进行拟合，发现３种吸附
剂对Ｃｒ３＋和Ｃｕ２＋拟合的Ｒ２均大于０．９７，而对Ｎｉ　２＋
拟合的Ｒ２则稍差（见表３）。Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程拟合所
得的最大吸附量（ｑｍ，ｍｇ／ｇ）与实验结果相似，可判
断吸附过程均为单分子层化学吸附。
２．２．５　温度对吸附的影响
　　由图６可知，在实验温度范围内，Ｃｕ２＋和 Ｎｉ　２＋
的吸附量随着温度的上升而逐渐减少。吸附量的减
少可能是由于高温对吸附剂表面活性位点的破坏，
图５　重金属离子吸附量随初始质量浓度的变化
Ｆｉｇ．５　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｃｒ３＋，
Ｃｕ２＋ａｎｄ　Ｎｉ　２＋ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ
表３　Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程的吸附模型参数１）
Ｔａｂｌｅ　３　Ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｆｉｔｔｅｄ　ｗｉｔｈ　Ｌａｎｇｍｕｉｒ　ｅｑｕａｔｉｏｎ
吸附剂
ｑｍ（ｅｘｐ）／（ｍｇ·ｇ－１）
Ｃｒ３＋ Ｃｕ２＋ Ｎｉ　２＋
ｂ／（Ｌ·ｍｇ－１）
Ｃｒ３＋ Ｃｕ２＋ Ｎｉ　２＋
ｑｍ／（ｍｇ·ｇ－１）
Ｃｒ３＋ Ｃｕ２＋ Ｎｉ　２＋
Ｒ２
Ｃｒ３＋ Ｃｕ２＋ Ｎｉ　２＋
花生壳 ５．６４　 ６．０２　 ０．９３　 ０．１９２　 ０．４５６　 ０．６５４　 ５．７５　 ６．０８　 ０．６６　 ０．９９２　 １．０００　 ０．９１４
大豆壳 １１．７０　 １７．７０　 ２．１１　 ０．１２７　 ０．６６５　 ０．１９２　 １１．７０　 １３．５０　 １．９６　 ０．９７４　 ０．９８０　 ０．９１７
柚子皮 １３．５０　 ２４．２０　 ３．２９　 ０．１５３　 ０．２４０　 ０．２２８　 １３．５０　 ２３．８０　 ３．０４　 ０．９７３　 ０．９８２　 ０．９５４
　　注：１）ｑｍ（ｅｘｐ）为实验所得最大吸附量；ｂ为吸附常数。
·７４·
于　芮等　花生壳、大豆壳和柚子皮对Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋和Ｎｉ　２＋的吸附研究
或是高温促进吸附剂表面已吸附离子的释放［２０－２１］。
从２０℃到５０℃，Ｃｕ２＋和Ｎｉ　２＋的吸附率分别降低了
２１．３０％、７．２４％（花生壳），８．８５％、１．９３％（大豆
壳），８．３５％、４．８８％（柚子皮）。然而，Ｃｒ３＋的吸附量
随着温度的上升而略增加，这可能和高温条件有利
于增强离子活性和加速离子交换速度，从而促进重
金属离子与吸附剂进行离子交换有关。可见，对于
３种吸附剂而言，花生壳的吸附过程受温度影响
最大。
图６　温度对３种吸附剂对重金属离子吸附的影响
Ｆｉｇ．６　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎ　Ｃｒ３＋，Ｃｕ２＋
ａｎｄ　Ｎｉ　２＋ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ
３　结　论
（１）花生壳、大豆壳和柚子皮对 Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋、
Ｎｉ　２＋具有一定的吸附作用，且柚子皮的吸附效果优
于花生壳和大豆壳。在同一溶液中，花生壳、大豆壳
和柚子皮对Ｎｉ　２＋的吸附率远低于Ｃｒ３＋和Ｃｕ２＋。
（２）花生壳、大豆壳和柚子皮对 Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋、
Ｎｉ　２＋的吸附动力学可以用准二级动力学方程描述；
其吸附等温线可以用Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程描述。
（３）吸附剂用量、ｐＨ 以及温度对Ｃｒ３＋、Ｃｕ２＋、
Ｎｉ　２＋在花生壳、大豆壳和柚子皮上的吸附影响都很
大。在一定范围内，吸附率随吸附剂用量增加而增
加，但对不同的重金属而言，吸附剂用量的影响不
同；溶液ｐＨ在２～５时，吸附率随ｐＨ增大而增加；
Ｃｕ２＋、Ｎｉ　２＋的吸附量随温度的上升而逐渐减少，但
Ｃｒ３＋的吸附量随着温度的上升而略增加。
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（下转第５３页）
·８４·
　环境污染与防治　第３５卷　第９期　２０１３年９月
同楼层高度污染物小时浓度不同。因此，一方面临
近高层住宅区的污染项目设计时，应该考虑对不同
楼层的影响，根据预测影响分析采取不同环保措施，
防止污染；另一方面，临近污染项目的高层大楼的建
设时，应考虑污染对不同楼层的影响，合理规划和设
计高层大楼，临近污染源高度较低（１５ｍ）时，应重
点关注与污染源高度接近的楼层；污染源高度较高
（８０～２４０ｍ）时，应重点关注高度较大的楼层。
５　结论和建议
（１）污染源高度为１５～８０ｍ时，不同楼层的小
时浓度分布呈较大的差异性；污染源高度为１２０～
２４０ｍ时，不同楼层高度的浓度分布差异性较小；在
同一楼层高度污染物小时浓度呈现由污染源向四周
逐渐扩散衰减的趋势。
（２）对于１５ｍ的烟囱，小时最大浓度以５０ｍ
为分界线随楼层高度先增后降；对于８０～２４０ｍ的
烟囱，小时最大浓度随楼层高度的增加而增加。
（３）城市地区大气环境影响预测过程中，当项
目存在低矮污染源、且敏感点存在居民楼等建筑时，
建议增加敏感点不同高度污染物浓度预测，空气质
量现状监测也考虑一定高度敏感点的监测，根据居
民楼的位置、不同高度楼层的预测结果、监测结果等
情况，综合分析项目实施后对大气环境的影响。
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编辑：黄　苇　（修改稿收到日期：２０１３－０３－１８
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
）
（上接第４８页）
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ｆｏｒ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈａｚａｒｄｏｕｓ　Ｍａｔｅｒｉ－
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编辑：贺锋萍　（修改稿收到日期：２０１３－０６－２５）
·３５·
伯　鑫等　基于ＡＥＲＭＯＤ模式的固定源对不同楼层大气污染预测研究