全 文 ：离子交换与吸附, 2012, 28(5): 442 ~ 448
ION EXCHANGE AND ADSORPTION
文章编号：1001-5493(2012)05-0442-07

改性花生壳对 Cu2+的吸附*

施 薇 1 严素定 1,2** 唐大平 3
1 湖北师范学院化学与环境工程学院，黄石 435002
2 污染物分析与资源化技术湖北省重点实验室，黄石 435002
3 黄石市环境保护研究所，黄石 435000

摘要：以农林废弃物花生壳作为吸附剂对废水中的 Cu2+进行吸附。结果表明，花生壳的最佳改
性方法为 KMnO4改性法。在 50mL Cu2+浓度为 10mg/L 的水样中，改性花生壳的最佳吸附条件
为：298K 下投加 4mesh 筛上改性花生壳 0.8g，pH=5，吸附 75min，此时改性花生壳对 Cu2+吸
附率高达 96.80%。KMnO4 改性花生壳对 Cu2+的吸附以 Langmuir 方程拟合更佳。
关键词：改性花生壳；吸附；Cu2+
中图分类号：X13 文献标识码：A

1 前 言

在低浓度重金属废水的处理中，吸附法以选择性高、吸附容量大和操作简便等优点得
到广泛地应用[1-5]。花生壳是我国产生量最大的农林废弃物之一，近年来，关于花生壳的研
究利用虽已多有报道[6-8]，但在处理含铜废水方面的研究较缺乏。本文以花生壳为原料，利
用改性方法制备生物吸附剂，并探讨其吸附 Cu2+的性能，以期为花生壳在含铜废水处理方
面的实际应用提供科学依据。

2 材料与方法

2.1 实验材料
实验所用花生壳采集于黄石某菜市场。Cu2+溶液由分析纯 CuSO4·5H2O 配制。

2.2 实验方法
2.2.1 吸附剂预处理
将采得的花生壳粉碎过筛，用自来水浸泡 10h 洗去表面泥沙，再用去离子水冲洗

* 收稿日期：2012 年 8 月 15 日
项目基金：湖北省教育厅中青年项目 (Q20112502); 湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队项目 (T201007) 资助.
作者简介：施薇(1989~), 女, 湖北省人, 在读研究生. ** 通讯联系人: E-mail: suediny@126.com
DOI:10.16026/j.cnki.iea.2012.05.009
第 28 卷第 5 期 离 子 交 换 与 吸 附 ·443·
3~4 次，100℃烘干，密封保存备用。
2.2.2 改性方法
选取 KMnO4改性、HNO3改性、酸性甲醛改性和乙醇改性[8-10]等 4 种方法对花生壳进
行改性处理。
2.2.3 吸附试验方法
在 50mL Cu2+浓度为 10mg/L (除特殊说明外) 水样中，298K 下，调节 pH，再投加一
定量吸附剂，以 190r/min 振荡，吸附一段时间后，测定水样中 Cu2+浓度。
2.2.4 吸附剂解吸再生
将在一定条件下吸附达到饱和后的改性花生壳用去离子水冲洗 2~3 遍，在 100℃下烘
干，冷却后用 1mol/L 的 H2SO4溶液浸泡 12h，抽滤，用去离子水冲洗 2~3 遍，在 100℃下
烘干，干燥冷却后制得再生花生壳。
2.2.5 测定方法及表征手段
Cu2+：消解+火焰原子吸收分光光度法；pH 值：pH 计；表征手段：扫描电镜 (SEM) 和
红外光谱 (IR)。

3 结果与讨论

3.1 改性方法优选











在 Cu2+初始浓度分别为 10mg/L、20mg/L 和 40mg/L 的 50mL 水样中，分别投加未改
性和 4 种改性的花生壳各 0.8g，在水样自然 pH 值下振荡、吸附 1h，所得结果见图 1。从
中可知，花生壳改性后对 Cu2+的吸附率均高于改性前的；当 Cu2+初始浓度为 10mg/L 时，
各改性方法下的吸附率都在 83%左右；当浓度上升到 20mg/L 和 40mg/L 时，KMnO4改性
Fig. 1 Adsorption of Cu2+ on Modified Peanut Shells Fig. 2 Effect of Adsorption Time on
Removal of Cu2+
0 50 100 150 200
80
85
90
95
100
吸附率
剩余浓 度
吸附时 间 (min)
吸
附
率
(%
)
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
C
u
2+ 剩
余
浓
度
(m
g/L)
10 20 30 40
70
80
90
100
花
生
壳
对
C
u2
+ 的
吸
附
率
(%
)
Cu2+ 初始浓 度 (mg/L)
未改性 高锰酸钾改性
硝酸改性 酸性甲 醛改性
乙醇改性
Ion Exchange and Adsorption 2012 年 10 月 ·444·
和酸性甲醛改性的花生壳对 Cu2+的吸附率均在 90%以上，优于其他 2 种改性方法。考虑到
甲醛的致癌性且改性步骤较为繁琐，花生壳的最优改性方法确定为 KMnO4改性法。











Fig. 3 Effect of Adsorbent Dosage on Removal of Cu2+ Fig. 4 Effect of pH Value on Removal of Cu2+

3.2 改性花生壳对 Cu2+的吸附特性
3.2.1 吸附时间对吸附效果的影响
向水样中投加 0.6g 改性花生壳，振荡，分别在吸附 10min、20min、50min、75min、
125min、150min 和 200min 时取样测定，结果 (图 2) 表明，前 50min 随着时间延长，Cu2+
吸附率上升较快，50min 后吸附率保持在 92~96%之间，达到吸附平衡，为保证吸附试验
能充分达到平衡，后续单因素试验吸附时间均为 75min。
3.2.2 吸附剂投加量对吸附效果的影响
向水样中分别投加 0.2g、0.4g、0.6g、0.8g、1.0g 和 1.2g 改性花生壳，吸附 75min。由
结果 (图 3) 可知，投加量从 0.2g 到 0.6g，Cu2+吸附率随之上升较快，尤其是投加量在
0.4~0.6g 时 Cu2+吸附率提高幅度较大，这主要是由于吸附剂改性花生壳与吸附质 Cu2+之间
存在化学当量平衡关系，投加量低于 0.4g 时，花生壳吸附位点较少导致吸附率不高；而投
加量高于 0.6g 时，吸附率基本保持不变，有可能是 Cu2+吸附达到平衡，解吸作用开始加大。
因此，综合考虑吸附效果和成本等因素，后续试验中改性花生壳的投加量确定为 0.6g。
3.2.3 水样初始 pH 值对吸附效果的影响
在前述条件下，分别设置 pH 值为 1、2、3、4、5、6、7 和 8 进行试验。由图 4 可知，
pH<4 时，Cu2+吸附率随着 pH 值增大而升高；pH>4 时，Cu2+吸附率随 pH 增大而逐渐下降；
pH=4 时达到最高 (97.50%)。因此选择 pH=4 进行后续试验。
3.2.4 吸附剂粒径对吸附效果的影响
在上述条件下，改性花生壳粒径分别设置为>4mesh，4~10mesh，10~26mesh 进行吸
附试验。可以看出 (表 1)，3 种粒径的改性花生壳对 Cu2+的吸附率均在 90%以上，且以
4~10mesh 改性花生壳对 Cu2+的吸附率最高 (93.40%)。
0 3 6 9
80
85
90
95
100
吸附率
剩余浓 度
水样初始 pH
吸
附
率
(%
)
0.0
0.6
1.2
1.8
C
u
2+ 剩
余
浓
度
(m
g/L)
0.4 0.8 1.2
90
92
94
96
吸附率
剩余浓 度
吸附剂用量 (g)
吸
附
率
(%
)
0.4
0.6
0.8
1.0 C
u
2+ 剩
余
浓
度
(m
g/L)
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Table 1 Effect of Particle Diameter of Adsorbents on Removal of Cu2+
粒 径 >4mesh 4~10mesh 10~26mesh
吸附率 (%) 92.60 93.40 91.40

3.2.5 正交试验及其验证
根据单因素试验结果，按 L9(34) 正交表设计正交试验，试验因素、水平及结果如表 2
所示。可以看出，各因素影响顺序为：水样初始 pH 值>吸附时间>吸附剂投加量>吸附
剂粒径。改性花生壳吸附 Cu2+的最佳处理为 A3B2C3D1，即：水样初始 pH=5，投加>4mesh
花生壳 0.8g，吸附 75min。
在最佳吸附条件下，进行一组验证试验，得到改性花生壳处理后的水样中 Cu2+残留浓
度为 0.32mg/L，低于《污水综合排放标准》 (GB8978-1996) 中的一级标准 (0.5mg/L)，Cu2+
吸附率为 96.80%，高于正交试验处理中的最大吸附率 (95.77%)。因此，此最佳条件得到
验证。

Table 2 Factors and Levels of the Orthogonal Tests and Its Results
处理 A 投加量 (g)
B吸附时间
(min) C水样 pH
D 粒径
(mesh) 吸附率 (%)
1 1 (0.4) 1 (50) 1 (3) 1(4) 89.75
2 1 2 (75) 2 (4) 2 (10) 94.58
3 1 3 (125) 3 (5) 3 (26) 90.05
4 2 (0.6) 1 2 3 91.65
5 2 2 3 1 94.15
6 2 3 1 2 85.35
7 3 (0.8) 1 3 2 95.77
8 3 2 1 3 90.95
9 3 3 2 1 93.35
1K 91.460 92.390 88.683 92.417
2K 90.383 93.227 93.193 91.900
3K 93.357 89.583 93.323 90.883
R 2.974 3.644 4.640 1.534

3.3 吸附等温线的拟合
在最佳条件下，对 Cu2+初始浓度分别为 10mg/L、20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L
和 100mg/L 的水样进行改性花生壳吸附试验，测定平衡浓度并计算吸附量。将数据分别按
照 Langmuir 和 Freundlich 等温式方程整理并作图 (图 5)。Langmuir 和 Freundlich 等温式方
程分别为 Ce/qe=0.2591Ce+0.9084 (R=0.9950) 和 lnqe=0.4359lnCe-0.1282 (R=0.9445)。比较两
种吸附等温式方程的相关系数，发现二者相关系数均高于 0.94，说明改性花生壳对 Cu2+
Ion Exchange and Adsorption 2012 年 10 月 ·446·












Fig. 6 IR Spectra of Natural and Modified Peanut
Shells
的吸附与两种吸附等温式方程均能较好拟合。由于 Langmuir 方程的 R 值高于 Freundlich
的，因此，改性花生壳对 Cu2+的吸附以 Langmuir 方程拟合更佳。










Fig. 5 Adsorption Isothermal Curves of Cu2+ on Modified Peanut Shells

3.4 KMnO4改性花生壳结构表征
KMnO4改性前后的花生壳结构用 SEM
和 IR 进行表征 (图 6~7)。可以看出，改性
前的花生壳有较为紧密的纤维素结构，而改
性后原本相对平滑的表面出现了一些凹凸
和通道，连接的纤维素结构被打断，即通过
改性使花生壳的比表面积增大，空隙增多，
更多的官能团暴露出来与 Cu2+接触，从而更
有利于对 Cu2+的吸附。
观察 IR 图可以发现，花生壳改性后，
3400cm-1左右的吸收峰变宽，强度增加，表
明原有的醇羟基被部分氧化为酮基或羧基，而 C=O 基团的存在有利于形成分子间氢键。
1065.5cm-1 处吸收峰强度减弱，表明改性后花生壳纤维素中的葡萄糖的分子环很多被打断
和破坏，有利于提高花生壳对 Cu2+的吸附能力，对 Cu2+的吸附容量也随之大幅度增加。

3.5 改性花生壳的再生试验
采用 1mol/L 的 H2SO4 对最佳条件下进行吸附后的 KMnO4改性花生壳进行解吸，根据
前述方法制得再生花生壳。
称取 0.6g 再生花生壳，投入体积为 50mL，Cu2+初始浓度为 10mg/L 的水样中，调节
pH=4，吸附 75min，结果如表 3 所示。

4000 3000 2000 1000
80
85
90
95
100
23
58
.5
23
60
.7
16
31
.8
16
42
.1
10
65
.5
10
65
.5
47
0.
6
51
8.
529
26
.2
34
21
.1
34
34
.3
Natural peanut shell
Modified peanut shell
Wavenumbers (cm-1)
-1 0 1 2 3 4
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
Freundlich model
ln
q e
lnCe
0 10 20 30 40 50
0
5
10
15 Langmuir model
C
e/q
e
Ce
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(a) 改性前花生壳 (b) 改性后花生壳
Fig. 7 SEM of Natural and Modified Peanut Shell

Table 3 Adsorption Capacity of Peanut Shells after Regeneration
吸附剂种类 Cu2+剩余浓度 (mg/L) 吸附率 (%)
再生花生壳 0.538 94.60

可以看出，再生花生壳对 Cu2+的吸附率达 94.60%。与前述最佳条件下的 Cu2+吸附率
(96.80%) 仅相差 2.20%，表明经 1mol/L 的 H2SO4解吸后而制得的再生花生壳，其吸附能
力得到恢复，再生性良好。

4 结 论

(1) 花生壳的最佳改性方法为 KMnO4改性法。
(2) 对于 50mL Cu2+浓度为 10mg/L 的水样，改性花生壳的最佳吸附条件为：298K 下投加
>4mesh 改性花生壳 0.8g，水样 pH=5，吸附 75min；在最佳条件下，改性花生壳对 Cu2+
吸附率达 96.80%。此时，水样中 Cu2+残留浓度低于《污水综合排放标准》 (GB8978-1996)
中的一级标准。
(3) 改性花生壳对 Cu2+的吸附以 Langmuir 模型拟合更佳。
(4) 花生壳经 KMnO4改性后，比表面积增大，空隙增多，花生壳纤维素中的葡萄糖分子环
很多被打断和破坏，从而大大增强了花生壳对 Cu2+的吸附能力。
(5) 经 1mol/L 的 H2SO4解吸后而制得的再生花生壳，其再生性良好。

参考文献
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士学位论文, 2011.


ADSORPTION OF COPPER (II) ON
MODIFIED PEANUT SHELLS

SHI Wei1 YAN Suding1,2 TANG Daping3
1. College of Chemistry and Environmental Engineering, Hubei Normal University,
Huangshi 435002, China
2. Hubei Key Laboratory of Pollutants Analysis and Reuse Technology, Huangshi 435002, China
3. Huangshi Institute of Environmental Protection, Huangshi 435000, China

Abstract: Peanut shells were chosen as adsorbents and the adsorption of Cu2+ from simulated
wastewater was studied. The results showed that the best modification method of peanut shells
was determined as reaction with potassium permanganate. The results of orthogonal tests
showed that, in the 50mL cupric wastewater with concentration of 10mg/L, optimum adsorption
performance of peanut shells was achieved in the following conditions, under 298K and pH
value was 5, 0.8g modified peanut shells of +4 mesh sieve were added to adsorb Cu2+ for 75min,
the removal efficiency of could reach 96.80%. Langmuir model was more suitable for describing
the adsorption of Cu2+ on modified peanut shells.
Key words: Modified peanut shell, Adsorption, Cu2+.