全 文 ：花生壳粉吸附模拟废水中 Cd2+·Pb2+的研究
谷亚昕 　(淮阴工学院生化学院 ,江苏淮安 223003)
摘要　[目的] 获得较为理想的花生壳粉作为吸附剂吸附水溶液中Cd2+、Pb2+的吸附条件 ,为花生壳的综合利用提供基础。[方法] 采用
花生壳粉为主要原料 ,对含Cd2+、Pb2+的模拟废水进行了吸附试验。[结果] 试验结果表明 , pH 值、废水中Cd2+及 Pb2+的初始浓度、吸附
时间等因素均能影响花生壳粉对 Cd2+、Pb2+的吸附效果。在 Cd2+、Pb2+初始浓度均为 30 mg/L、pH值为 6、搅拌 2 h、花生壳粉的投加量
为 0.25 g的条件下 , Cd2+、Pb2+的去除率分别达到 92.2%、90.0%。[结论] 花生壳粉对Cd2+、Pb2+的吸附等温线符合 Langmuir模式。
关键词　花生壳粉末;吸附;Cd2+;Pb2+;吸附等温线
中图分类号　X703　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2008)36-16126-03
Research on the Adsorption of Peanut Shell Powder to Cd2+ and Pb2+ in the Simulation Wastewater
GU Ya-xin　(Institute of Biochemistry,Huaiyin College of Technology ,Huaian , Jiangsu 223003)
Abstract　[ Objective] The condition of the peanut shell powder as adsorbent to adsorb the Cd2+ and Pb2+ in water solution was researched for the com-
prehensive utilization of the peanut shell.[Method] The Cd2+and Pb2+ in simulation wastewater were absorbed by the peanut shell powder as raw materi-
als.[ Results] The results showed that the factors such pH value , the initial concentration of Cd2+ and Pb2+ in wastewater, adsorption time and other could
affect the absorption effect of peanut shell powder.At the initial concentration of Cd2+and Pb2+of 30 mg/L, pH value of 6 , stirred for 2 hours , the removal
rate of Cd2+ and Pb2+was 92.2% and 90.0%, respectively, while the amount of peanut shell powder added was 0.25 g.[ Conclusion] The adsorption
isotherm pf peanut shell powder to the Cd2+ and Pb2+met the Langmuirmodel.
Key words　Peanut shell powder;Absorption;Cd2+;Pb2+;Adsorption isotherm
作者简介　谷亚昕(1971-),女 ,江苏涟水人 ,硕士 ,讲师 ,从事应用化
学及化工专业的教学与研究。
收稿日期　2008-11-12
　　目前 ,镉(Cd)与铅(Pb)、汞(Hg)、DDT 、多氯联苯并称为对
环境污染最危险的 5种污染物。其中 ,镉和铅及其化合物能
通过食物链进入人体并积累 ,从而对人体健康产生长远的不
良影响[ 1] 。它们主要来源于电镀工业 、冶金工业和化学工业
的废弃物中 。为了保护和改善人类的生存环境 ,人们通过各
种方法对重金属离子的处理展开了广泛的研究。目前 ,处理
含Cd 和Pb废水的方法主要有沉淀法 、吸附法和离子交换法
等 ,其中以吸附法的研究较多 。
生物吸附技术是近年来发展的废水处理新技术 ,其中生
物吸附剂的研究成为热点。大量研究表明 ,一些微生物 、有
机物以及农业废弃物等对金属离子都有很强的吸附能
力[ 2-4] 。花生壳中含有儿茶酚 、焦性没食子酸和间苯三酚等
多元酚以及大量的纤维素类物质[ 5] ,将其用于废水处理方面
的研究已有报道[ 6-7] 。笔者利用花生壳粉作为吸附剂 ,考察
其吸附水溶液中Cd2+ 、Pb2+的性能 ,以期获得较为理想的吸
附条件 ,为花生壳的综合利用提供基础 。
1　材料与方法
1.1　试验材料　试验用花生壳采集自某农贸市场。将花生
壳洗净 、烘干 、破碎 ,过 100目筛 ,保存于干燥器中备用。
主要仪器:电子天平(上海精密科学仪器有限公司);
pHS-3型酸度计(美国热电公司);HZQ-QX智能型恒温振荡
器;TAS-990原子吸收分光光度计(北京普析通用仪器有限责
任公司);FW-100高速万能样品粉碎机;傅立叶变换红外光谱
仪(美国 Thermo Nicolet公司)。
主要试剂:HCl 、NaOH 、Pb(NO3)2 、CdCl2 等均为分析纯。
Cd2+、Pb2+的标准溶液 ,分别用相应的盐按常规方法配成
1 000 mg/L的溶液备用(试验中所测的各模拟废水中均仅含
有 1种上述重金属离子)。
1.2　试验方法 　称取 0.25 g的花生壳粉末于 250ml三角烧
瓶中 ,分别加入一定量预先配制的Cd2+、Pb2+贮备液 ,加蒸
馏水至 100 ml ,得到所需浓度的溶液 ,用 0.1 mol/L NaOH 或
HCl调节溶液 pH值 ,置于恒温振荡器中于 298 K下振荡吸附
一定时间(120 r/min),静置 、过滤 、弃去初始滤液 ,用原子吸
收分光光度计测定余下滤液中 Cd2+、Pb2+的残留量 。用式
(1)、(2)分别计算花生壳粉对它们的去除率和吸附量:
去除率=(C0-C)/C0 ×100% (1)
吸附量=V×(C0-C)/W (2)
式中 ,C0为重金属离子的初始浓度(mg/L);C为吸附平衡后
的重金属离子浓度(mg/L);V为废水容积(L);W为花生壳粉
投加量(g)。
1.3　花生壳粉末的红外光谱(IR)分析　采用溴化钾压片
法 ,用傅立叶红外变换光谱仪进行分析。
2　结果与分析
2.1　红外光谱分析　花生壳粉末的红外光谱图见图 1 。由
图 1可见 , 3 392.8 cm-1处为酚 O-H的伸缩振动吸收峰 ,
2 925.2 cm-1处为C-H 的伸缩振动吸收峰 , 1 740.2 cm-1处
为羧基的伸缩振动峰 , 1 641.2 cm-1为吸收水分子的吸收峰 ,1
374.2 cm-1处为纤维素和半纤维素中O-H的弯曲振动吸收
峰 ,1266.5 cm-1处为纤维素的羟基平面振动吸收峰 , 1 034.6
cm-1处为纤维素和半纤维素中C-O伸缩振动吸收峰。
图 1　花生壳粉末的红外光谱图
Fig.1　IR map of peanut shell powder
安徽农业科学, Journal of Anhui Agri.Sci.2008, 36(36):16126-16128　　　　　　　　　　　　　　　　　责任编辑　李菲菲　责任校对　傅真治
2.2　pH值对去除率的影响 　在 298 K温度下 ,固定模拟废
水中Cd2+ 、Pb2+的初始浓度均为 30mg/L ,花生壳粉末的投加
量为 0.25 g ,溶液的 pH值在 2～ 9范围内变化 ,恒温振荡 2 h
后过滤 ,考察 pH值对去除率的影响 ,结果见图 2。
　　由图 2可看出 ,在 pH 值为 3 ～ 6时 ,随着 pH 值增大 ,花
生壳对Cd2+、Pb2+的去除率迅速增加 ,到一定阶段后增加幅
度逐渐减小 。在 pH值为 6时 ,Cd2+ 、Pb2+的吸附均基本达到
最大吸附量 。这是因为在 pH值较低时 ,H+浓度较大 ,与被
吸附阳离子之间存在竞争吸附作用 ,占据了大量的吸附活性
位点 ,从而阻止带正电的 Cd2+ 、Pb2+吸附;而随着溶液 pH值
的增大 ,H+的竞争吸附能力降低 ,表现为吸附剂对 Cd2+ 、
Pb
2+的吸附率逐渐增大。所以该试验控制Cd2+ 、Pb2+溶液的
pH值在 6。
图2　pH值对 Cd2+、Pb2+去除率的影响
Fig.2　Effects of pH value on the removal rate of Cd2+ and Pb2+
2.3　重金属离子初始浓度对去除率的影响 　在 298 K温度
和 pH 值控制在 6的条件下 ,废水中 Cd2+ 、Pb2+初始浓度均
在 10～ 100 mg/L变化。花生壳粉末的投加量为 0.25 g ,振荡
2 h ,观察 Cd2+ 、Pb2+初始浓度变化对去除率的影响 ,结果见
图 3。
　　从图 3可看出 ,一定量的花生壳粉末对 Cd2+、Pb2+的去
除率随废水中重金属离子浓度的升高而降低。当花生壳粉
末的加入量一定时 ,其含有的活性吸附位点数也一定 ,Cd2+ 、
Pb2+浓度的增加会相应增大水溶液中未被吸附的Cd2+ 、Pb2+
的数量 ,导致Cd2+ 、Pb2+的去除率降低 。因此 ,应根据Cd2+ 、
Pb2+初始浓度的变化调整花生壳粉末的投加量 ,以获得较好
的去除效果 。
图3　不同 Cd2+、Pb2+初始浓度对去除率的影响
Fig.3　Efffects of different initial concentrastions of Cd2+ and Pb2+
on the removal rate
2.4　吸附时间对去除率的影响 　在 298 K温度和 pH 值控
制在 6的条件下 ,废水中 Cd2+、Pb2+初始浓度均为 30 mg/L ,
花生壳粉末的投加量为 0.25 g时 ,考察振荡时间对去除率的
影响 ,结果见图 4。
　　从图 4可看出 ,在振荡时间<90 min时 ,Cd2+ 、Pb2+去除
率的提高速度较快;在振荡时间>90 min后 ,花生壳粉末对
Cd
2+ 、Pb2+去除率变化缓慢 ,2 h以后基本达到平衡 。这是因
为开始时重金属离子主要吸附在花生壳的表面 ,所以吸附
快 ,随着吸附的进行 ,吸附质逐渐进入花生壳的孔隙中 ,重金
属离子在内孔中的传递速度逐渐减慢 ,吸附容量随时间缓慢
增加 ,直至达到吸附平衡。因此 ,该试验选定吸附时间为 120
min ,即 2 h 。
图 4　吸附时间对 Cd2+、Pb2+去除率的影响
Fig.4　Effects of adsorption time on the removal rate of Cd2+ and
Pb2+
图5　花生壳粉末对 Pb2+、Cd2+的吸附等温线
Fig.5　The adsorption isotherm of peanut shell powder to Pb2+ and Cd2+
2.5　吸附等温线　在含 Cd2+ 、Pb2+不同浓度的废水中 ,分别 测得各试点在达到平衡时 ,溶液中 Cd2+ 、Pb2+的平衡浓度及
1612736卷 36期　　　　　　　　　　　　　谷亚昕　花生壳粉吸附模拟废水中Cd2+·Pb2+的研究
花生壳粉末对 Cd2+ 、Pb2+的吸附量 ,绘制吸附等温线(图 5)。
用 Langmuir 模式拟合花生壳粉末对 Cd2+、Pb2+的吸附等温
线(图 6)。
Langmuir 吸附模式为:q=abC/(1+aC),是理想的单分
子层吸附模式。式中 , q为吸附容量 , C为吸附平衡浓度 , a 、
b为常数 ,其倒数式为:q-1=(1/ab)C-1 +(1/b)。从式中
可看出 , q-1与 C-1呈线性关系 ,模拟结果显示 ,花生壳粉末
对 Cd2+ 、Pb2+的吸附符合 Langmuir 吸附等温式。拟合模式
基本上呈良好的线性关系 ,各参数取值见表 1。
表 1　Langmuir 模式吸附常数和确定系数
Table 1　Langmuirmodel absorption constant and determination coefficient
金属离子
Metal ions
线性回归方程
Linear regression
equitation
吸附等温常数
Absorption isothermal
constant
R2
Pb2+ y=0.076 0 x+0.121 4 a=1.597 b=8.237 0.933 3
Cd2+ y=0.104 6x+0.185 1 a=1.769 b=5.402 0.961 5
图 6　花生壳粉末对 Pb2+、Cd2+的 Langmuir 吸附等温线
Fig.6　Langmuir absorption isotherm of peanut shell powder to Pb2+and Cd2+
2.6　吸附机理探讨　目前 ,对花生壳粉吸附去除 Cd2+ 、Pb2+
的机理尚不完全清楚 ,Cd2+、Pb2+与吸附剂表面分子间的作
用非常复杂 ,同时存在物理吸附和化学吸附作用 ,化学吸附
作用很可能主要以离子交换为主。花生壳粉中含有儿茶酚 、
焦性没食子酸和间苯三酚等多元酚 ,由于酚羟基中的氢原子
易与重金属离子交换 ,因此 ,花生壳作为重金属离子吸附剂 ,
离子交换作用是其具有较好吸附效果的一个重要因素 。
3　结论
(1)花生壳粉末对Cd2+ 、Pb2+有较强的吸附作用 ,作为一
种新型的生物吸附剂 ,实现了“以废治废”的目的 ,且制作方
法简单 ,具有较高的开发应用价值。
(2)试验证明 ,在模拟废水中Cd2+、Pb2+的初始浓度均为
30 mg/L ,298K温度和 pH值为 6 ,吸附时间为 2 h的条件下 ,
Cd
2+ 、Pb2+的去除率分别达到 92.2%、90.0%。
(3)花生壳粉末对 Cd2+ 、Pb2+的吸附等温线符合 Lang-
muir 模式。
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(上接第 16125页)
5.4　地方政府在园区产业集群发展及地域根植性培育中具
有重要作用　为了使工业园区成为中小企业集群发展的载
体 ,解决西部县域工业布局分散和企业发展脱农化问题 ,起
到提升县域经济发展的作用 ,西部县域工业园区必须建立具
有强大吸收能力的网络体系。因而 ,地方政府应该制定合理
的集群政策 ,明确园区功能 ,消除壁垒 ,促进交流沟通 ,推动
区域良好社会文化的发展 ,提高园区企业之间的相互关系 ,
培育其地域根植性。
5.5　地域根植性不同分类有不同的培育方式　地域根植性
是产业集群网络体系的一个根本性特征。园区产业集群的
经济行为根植于区域网络体系之中。产业集群地域根植性
内容包括协作创新所形成的产业结构地域根植性 、共享创新
文化的文化地域根植性 、特定区位条件与资源状况造成的地
理地域根植性 、多种主体间长期关系结合而成的历史地域根
植性以及因地方政府政策制度而形成的制度地域根植性等 。
因此 ,地方政府应该根据园区产业集群根植特性进行不同方
式的培育。
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16128 　　　　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2008年