谷殼的差熱紅外掃描電鏡分析及對銅鉛離子的生物吸附研究_圖文

1、第26卷第1期2006年1月環(huán)境科學學報Acta Scientiae Circu mstantiaeVol .26,No .1Jan .,2006基金項目:河南省科技攻關資助項目(No .012409041作者簡介:韓潤平(1967,男,副教授(博士,E 2mail:r phan67zzu .edu .cn;3通訊作者(責任作者Founda ti on item :Henan Science and Technol ogy Depart m ent (No .012409041B i ography:Han Runp ing (1967,A ss ociate Pr ofess or (Ph

2、.D.,E 2mail:r phan67zzu .edu .cn;3Correspond i n g authorHan R P,Zou W H,Zhang J H,et al .2006.Characterizati on of chaff and bi os or p ti on of copper and lead i ons fr om aqueous s oluti onJ .Acta Scientiae Circum stantiae,26(1:32-39谷殼的差熱紅外掃描電鏡分析及對銅鉛離子的生物吸附研究韓潤平1,3,鄒衛(wèi)華1,張敬華1,石杰1,楊久俊211鄭州大學化學系,鄭州4

3、5005221鄭州大學材料科學與工程學院,鄭州450052收稿日期:2005208225修回日期:2005211218錄用日期:2005211223摘要:用差熱分析(DTG 2DT A 、紅外光譜(FTI R 、掃描電鏡(SE M /E DS 等方法對谷殼的質量隨溫度上升而變化的情況、表面的官能團、表面形態(tài)及主要元素構成等進行了分析,并研究了谷殼對水溶液中Cu 2+、Pb 2+的生物吸附作用.加熱170時谷殼質量損失約6%,至170290時質量損失約45%,至500時質量僅余約11%.在320、440分別有2個放熱峰.谷殼的紅外吸收光譜圖主要由碳水化合物如木質素、纖維素等的吸收帶組成.紅外光譜

4、分析表明,1735c m -1和1615cm -1處的吸收峰為不同CO 的伸縮振動峰;1515c m -1處為苯環(huán)的骨架振動峰,而1243c m -1處是苯羥基中C O 的伸縮振動峰.1456c m -1處的吸收峰為CH 3和CH 2的彎曲振動峰,1374c m -1處是甲基的彎曲振動峰.SE M /EDS 分析表明,谷殼表面粗糙,且主要由碳氧硅鋁元素構成.結果表明,吸附時間、溶液pH 、吸附劑用量、金屬離子初始濃度及Na +和Ca 2+離子對吸附均有影響.谷殼對Cu 2+、Pb 2+的吸附在30m in 基本達到平衡,在pH 為5左右吸附效果較好,Ca 2+對吸附的影響比Na +嚴重.隨初始

5、濃度的增加,吸附量增大,且吸附可用Lang muir 方程描述.在本實驗條件下,谷殼對Cu 2+、Pb 2+的最大吸附量分別為3.46mg L -1、1215mg L -1.一種金屬離子的存在能顯著降低谷殼對另一種金屬離子的吸附,且Pb 2+對Cu 2+的影響較Cu 2+對Pb 2+的影響更嚴重.單一體系和混合體系的實驗結果表明,谷殼對單一體系中Cu 2+、Pb 2+的吸附能力分別大于對混合溶液中Cu 2+、Pb 2+的吸附能力.關鍵詞:谷殼;差熱分析;紅外光譜分析;掃描電鏡分析;吸附;銅離子;鉛離子文章編號:025322468(20060120032208中圖分類號:X703.1,O657.

6、3文獻標識碼:ACharacter i za ti on of chaff and b i osorpti on of copper and lead i on s fromaqueous soluti onHAN Runp ing1,3,Z OU W eihua 1,ZHANG J inghua 1,SH I J ie 1,Y ANG J iujun21.Depart m ent of Chem istry,Zhengzhou University,Zhengzhou 4500522.School of Material Science and Engineering,Zhengzhou U

7、niversity,Zhengzhou 450052Rece i ved 25Augest 2005;rece i ved in revised f or m 18Nove mber 2005;accepted 23November 2005Abstract:The characteristics of cereal chaff obtained fr om agricultural by -p r oduct are studied by ther mogravi m etry analysis (TG A ,differential ther mal analysis (DT A ,Fou

8、rier 2Transf or m I nfrared Analysis s pectr oscopy (FTI R and Scanning Electr on M icr oscopy/An energy dis persive X 2ray Spectra (SE M /EDS ,while the ads or p ti on ability of cereal chaff was investigated for the re moval of Cu (II and Pb (II fr om single (non 2competitive and binary (com 2peti

9、tive aqueous system s .Heated up t o 170,a mass l oss of 6%is observed .Fr om 170290,a mass l oss of 45%is observed .Up t o 500,the mass of re mains is only 11%.The max peaks at 320and 440in DT A are observed by exother m ic decomposed reacti on,res pectively .The I R s pec 2tr oscopy of the chaff i

10、smainly composed of the ads or p ti on of carbohydrates,lignin,cellul ose etc .The peaks l ocated at 1734and 1651c m -1are character 2istics of carbonyl gr oup s stretching fr om carboxylates and ket ones .The peak near 1515cm -1is assigned t o the stretching in ar omatic rings .The peak near 1456c

11、m -1is attributed t o the bending stretching of CH 2and CH 3.The peak at 1243c m -1is fr om C O stretching vibrati on in phenols .SE M /EDS analysis shows that the main ele ments of chaff are carbon,oxygen,silicon,alum inum and the surface of chaff is r oughness .Ads or p ti on of the objective heav

12、y metal i ons by chaff str ongly depends on pH,contact ti m e,initial concentrati on of the heavy metal i ons and ads orbent dosage .The experi m ental data for single Cu (II and Cd (II syste m s fitted the Lang muir is other m model excellently .The maxi m um ads or p ti on capacities of Cu (II and

13、 Pb (II per gra m1期韓潤平等:谷殼的差熱紅外掃描電鏡分析及對銅鉛離子的生物吸附研究Keywords:chaff;DTG2DT A;FTI R;SE M;bi os or p ti on;copper i on;lead i on農產品加工等過程的廢棄物或副產物,可用于吸附重金屬,如稻谷加工行業(yè)的副產物谷殼,對重金屬有良好的吸附作用(A j m al et al.,2003;Mon2 tanher et al.,2005;Teixeira Tarley and Zezzi A rruda, 2004,麥殼對Pb2+有良好的吸附作用(Basci et al.,2004.谷子盛產于

14、河南、山西、河北和陜西;谷殼是將谷子加工成小米的副產物,其富含木質素、纖維素、半纖維素和元素硅等,有研究發(fā)現(xiàn),含有這些成份的材料能結合重金屬(Jang et al.,2005; Taty2Cost odes et a l.,2003;.因此,可以考慮用谷殼作為廉價生物吸附劑,用于去除水體中的重金屬.生物吸附主要是依靠細胞壁上的官能團如蛋白質、肽、羧基、磺酸基等與金屬離子的相互結合作用.為了提高吸附效率和選擇性,對吸附劑進行表征以確定吸附劑的元素構成、表面狀態(tài)和吸附劑上的官能團非常重要(Foust and Volesky,1996;韓潤平等,2004.本文以天然谷殼為吸附劑,用差熱分析、紅外光譜

15、和掃描電鏡對谷殼進行表征,并研究谷殼對單一體系和混合體系中Cu2+、Pb2+的吸附行為,以期為去除水體中的重金屬離子的應用打下基礎.1材料和方法(Materials and methods1.1主要儀器和試劑儀器:差熱分析儀(MOD.1106(美國,傅里葉2紅外光譜儀(PE21710FTI R,掃描電子顯微鏡/ X2射線能量色散分析儀JEOL6335F2SE M/JE OL SE M(JS M256002OXF ORD E DS,AAanalyst300型火焰原子吸收分光光度計(Perkin El m er,SHZ282型水浴恒溫振蕩器(江蘇太倉醫(yī)療器械廠,800型離心機(上海手術器械廠.試劑

16、:Cu(NO32、Pb(NO32、鹽酸、Na OH等均為分析純.1.2谷殼的處理谷殼取自洛陽農村碾米時產生的谷殼.經自來水洗后,用蒸餾水洗干凈,于烘箱中60烘干,粉碎機粉碎后過100目篩,得到谷殼樣品.1.3谷殼的表征方法分別對谷殼進行差熱分析(DTG2DT A、紅外光譜分析(Fourier2Transfor m I nfrared Analysis,FTI R (K B r壓片法、掃描電鏡和X2射線能量色散分析(Scanning Electr on M icr oscopy/An energy dis persive X2ray Spectra,SE M/E DS.差熱分析用于研究谷殼在受熱

17、過程中質量的變化情況和吸熱或放熱的情形,FTI R可用于研究谷殼表面的化學官能團,SE M/ EDS用于測定谷殼細胞表面形態(tài)和判斷細胞壁的構成.1.4吸附實驗33環(huán)境科學學報26卷Cu2+、Pb2+的生物吸附.振蕩吸附30m in后,測量溶液中金屬離子的濃度,計算其吸附量.研究Cu2+、Pb2+離子的競爭吸附時,實驗分為二部分:(1保持Cu2+的初始濃度為20mgL-1不變,依次增加Pb2+的濃度從0到80mgL-1.振蕩吸附30m in后,測量溶液中的金屬離子濃度,分別計算Cu2+和Pb2+的吸附量.同樣,保持Pb2+的初始濃度為80mgL-1不變,依次增加Cu2+的濃度從0到30mgL-1

18、.振蕩吸附30m in后,分別測量溶液中的Cu2+、Pb2+濃度,計算谷殼對Cu2+、Pb2+的吸附量.(2固定Cu2+和Pb2+總的濃度為0.386mmolL-1,相應改變Cu2+和Pb2+的濃度,研究谷殼對Cu2+和Pb2+吸附量的變化及谷殼對Cu2+和Pb2+的吸附量之和的變化情況.Cu2+、Pb2+的測定采用火焰原子吸收光度法測定.1.5回歸分析所用的方法和軟件本文用最小二乘法計算有關數(shù)據(jù)的線性關系,采用的軟件是O rigin6.0.2結果(Results2.1谷殼的差熱紅外及掃描電鏡表征由熱重分析曲線得到的質量損失可分為3個階段:水份去除、纖維素分解、木質素分解.由圖1的TG A曲線

19、看出,加熱到170時,谷殼的質量僅損失約6%,此階段主要是去除了滯留在谷殼中的水份.從170290,進行的是熱解反應.在該階段,有較大的質量損失,約失去總質量的46%.在該溫度下的熱解過程主要是纖維素、半纖維素的分解,同時失去殘留的被吸附的水份.木質素的分解發(fā)生在290500,說明木質素比纖維素具有較高的熱穩(wěn)定性.此時殘留物的質量約占總質量的11%.繼續(xù)升溫,檢測不到質量損失,說明殘余物存在氧化物,主要為硅的氧化物,在高溫下仍穩(wěn)定.由圖1的DT A曲線看出,在320、440分別有兩個的放熱峰,尤其是前者,放熱強度更大,說明在該溫度下,發(fā)生相變,有大量的熱量放出 .圖1谷殼的熱重分析和差熱分析曲

20、線Fig.1Ther mogravi m etry analysis(TG Aand differential ther mal analysis(DT Aof cereal chaffs .圖2谷殼的紅外光譜圖Fig.2Fourier transf or med infrared s pectra fr om natural chaff按文獻對天然谷殼的紅外光譜圖進行分析(盧涌泉等,1989,3405c m-1處的吸收峰較強且寬,說明谷殼表面存在OH,該伸縮振動是由谷殼表面的硅醇基(SiOH、其它羥基和吸收的水份中游離和締合的OH振動引起的.木質素中有與苯環(huán)相連的甲氧基,其中CH3的伸縮振動

21、在29402820 c m-1之間有吸收峰;由圖2可知,谷殼的紅外光譜出現(xiàn)在2924c m-1處,是甲氧基中CH3的不對稱伸縮振動峰.出現(xiàn)在1734c m-1和1652c m-1的峰分別431期韓潤平等:谷殼的差熱紅外掃描電鏡分析及對銅鉛離子的生物吸附研究來自羧基和酮基中C O 特征伸縮振動,后者也可能與苯環(huán)發(fā)生了共軛.在1650c m -1(酰胺、1540c m -1(酰胺附近出現(xiàn)吸收說明谷殼里存在蛋白質,只是酰胺I 的吸收在一定程度上與木質素中苯環(huán)共軛的羰基峰所重疊;在1540c m -1處的峰未分開,說明蛋白質的含量不高,與圖4中沒出現(xiàn)N 的峰一致.而1456c m -1處未被完全分開的

22、吸收峰為CH 3和CH 2中C H 的不對稱彎曲振動峰.木質素中苯環(huán)的骨架伸縮振動通常出現(xiàn)在1590c m-1和1514c m -1附近,后者是非常特征的吸收峰.1426c m -1處的吸收峰可能是由羧基的C O 伸縮振動引起.在1374c m -1處的吸收峰為CH 3的對稱彎曲振動峰;1243c m -1處的吸收是木質素中苯羥基中C O 鍵的伸縮振動引起的.1156c m -1處的吸收峰是碳水化合物中C O 的伸縮振動引起的.1042c m -1處及附近的肩峰,主要產生于OH 的彎曲振動和C O C (纖維素中存在的伸縮振動,也可能含有P O C 伸縮振動及Si O 2反對稱伸縮振動的貢獻.

23、將生物吸附劑表面的官能團掩蔽后對金屬離子的吸附能力顯著下降,說明吸附劑表面的官能團在結合重金屬時起著重要作用(Kapoor and V i 2raraghavan,1997.谷殼表面有羥基、酰胺基,對吸附重金屬是有利的.圖4為吸附Pb 2+后的SE M /EDS 圖.由圖3看出,谷殼表面比較粗糙,比表面積比光滑表面要大.由圖4可看出,谷殼主要由碳氧硅鋁等元素組成.由于谷殼對Pb 2+的最大吸附量為12.5mg g -1(見表1,即吸附后鉛的質量占總質量的比例不超過1.3%,因此SE M /EDS 圖上Pb 的峰并不高 .圖3谷殼的SE M 圖Fig .3SE M of chaff圖4吸附Pb

24、2+后谷殼的SE M /ED S 圖Fig .4SE M /EDS s pectrum of chaff ads orbed lead i on2.2谷殼對單一金屬離子Cu 2+、Pb 2+、Pb 2+的影響時間對谷殼吸附Cu 2+、Pb 2+的影響如圖5所示.由圖5可以看出,金屬離子的吸附經歷了2個階段:快速階段和慢速過程.在初始10m in 時間內,隨著時間的增加,Cu 2+和Pb 2+的吸附量都迅速增加,在10m in 之后,吸附量變化緩慢,增加不明顯.因此,谷殼對金屬離子Cu 2+、Pb 2+的吸附,在10m in 后基本達到吸附平衡(圖5,谷殼對Cu 2+和Pb 2+的吸附量分別達到

25、了0.028mmol g -1(1.78mg g -1和0.034mmol g-1(7.04mg g -1.因此在下面谷殼對Cu 2+和Pb 2+的吸附實驗中,選取30m in 作為平衡時間. 圖5吸附時間對谷殼吸附Cu 2+、Pb 2+的影響Fig .5The effect of ads or p tive ti m e on bi os or p ti on的影響谷殼用量對吸附Cu 2+、Pb 2+的影響如圖6所示,其中橫坐標為谷殼的濃度,縱坐標為谷殼對Cu 2+、Pb 2+的吸附量.由圖6可以看出,隨著吸附溶液中谷殼濃度的逐漸增加,對Cu 2+和Pb 2+53環(huán)境科學學報26卷 圖6谷殼

26、的用量對吸附Cu2+、Pb 2+的影響Fig .6The effect of bi omass dose on bi os or p ti on子就越容易與吸附劑上的活性位點結合而被吸附,吸附量就越高.當然,谷殼的用量增加,對Cu 2+ 、Pb 2+的去除率增加.因此,綜合考慮分析測試、溶液體積等因素,采取谷殼濃度8g L -1作為吸附劑的用量濃度.的影響pH 值是影響生物吸附的最重要的參數(shù)之一,不同pH 值對谷殼吸附Cu 2+、Pb 2+的影響如圖7所示. 圖7pH 值對谷殼吸附Cu2+、Pb 2+的影響Fig .7The effect of pH values on bi os or p

27、ti on總體來說,隨著pH 值的增大,鉛的吸附量一直在增加.pH 值在2.14.0范圍內隨著pH 值的升高,谷殼對Pb 2+的吸附量迅速增加,當pH 值大于4.0以后,吸附量的增加緩慢.谷殼對Cu 2+的吸附,開始也是隨著pH 值的增大吸附量增加,當pH 值大于5.2以后,吸附量反而下降了,這與已報道的Cu 2+離子的吸附受pH 值的影響結果相似(Basin et al .,2004;孟琴,1998.結果表明,在pH 值較低時,溶液中H +濃度比較高,與金屬離子競爭吸附活性位點,谷殼表面部分官能團的質子化程度提高,因此,金屬離子不易被谷殼吸附.當pH 值逐漸增大時,H +的濃度降低了,金屬離

28、子的吸附量隨之增大.所以在酸性范圍內,增大pH 值對金屬離子的吸附有利.但在pH 值大于5.2以后,Cu 2+吸附量反而下降了.這是因為當pH 值大于5.2以后,銅離子在溶液中以Cu 2+和Cu (OH +兩種形式存在,而后者則不易被谷殼吸附,因此,實際以Cu 2+形式存在的離子濃度減少了,對其吸附量也就下降.當溶液的pH 值繼續(xù)增加時,金屬離子就會發(fā)生沉淀.實驗時pH 值在5左右,因此,不需調節(jié)pH.的影響在實際應用中,廢水中常常會有鹽度離子Na +和Ca 2+的存在,因此討論谷殼吸附Cu 2+、Pb 2+時鹽度離子的影響也是有必要的.吸附實驗在不同的鹽度條件下進行,實驗結果如圖8所示.圖8

29、不同Na +和Ca 2+的濃度時對谷殼吸附Cu 2+、Pb 2+的影響Fig .8The effect of Na +and Ca 2+on bi os or p ti on在溶液中有Na +和Ca 2+存在時,Cu 2+和Pb 2+在谷殼上的吸附量都降低,并且,4條曲線的變化趨勢相似.Cu 2+和Pb 2+的吸附量都是隨著Na +和Ca 2+濃度的升高而降低,且Ca 2+對金屬離子吸附量的影響與Na +相比稍大,主要是因為離子強度增加,一方面與重金屬離子競爭結合吸附點,另一方面引起離子強度增大,使得離子的活度系數(shù)減小,重金屬離子的有效濃度降低,吸附能力下降.相同濃度下Ca2+對離子強度的影響

30、比Na +大.鹽度離子的存在,使得重金屬離子的吸附量下降,但在鹽度離子濃度不高的情況下,對谷殼吸附金屬離子的影響并不大,因此,在鹽度較低時,用谷殼去除溶液中的重金屬離子仍然有較好的效果.21215金屬離子初始濃度對吸附的影響在pH為510,溫度為20,谷殼的濃度仍為8g L -1,在不同的Cu 2+、Pb 2+初始濃度下,谷殼對Cu 2+、Pb 2+的吸附量見圖9.由圖9看出,兩種金屬離子的變化趨勢相似,但在相同的初始濃度下,谷殼對Pb 2+的吸附量稍大于對Cu 2+的吸附量.隨著初始濃度(c 0的上升,谷殼對Cu 2+、Pb 2+的吸附量均增大.這是由于濃度增加,631期 韓潤平等 : 谷殼

31、的差熱紅外掃描電鏡分析及對銅鉛離子的生物吸附研究 37 等溫式來描述 . Langmuir表達式為 (Akzu, 2005 : ( 1 qe = qm Ka ce / ( 1 + KL ce 將上式變換一下 , 可得到 1 / qe 1 / ce的線性關 系式 : 1 / qe = 1 / qm + 1 / KL qm 1 / ce - 1 ( 2 式中 , qe為平衡吸附量 ( m gg , qm 為最大吸 - 1 附量 (m g g , KL 為吸附平衡常數(shù) , ce為吸附達平 - 1 衡后金屬離子的濃度 (mg L . 由式 ( 2 看出 , 1 / qe與 1 / ce呈線性關系 ,

32、根據(jù)直 圖 9 初始濃度對谷殼吸附量的影響 Fig1 9 Effects of metal initial concentration on biosorp tion KL / (L - 1 mg 有更多的金屬離子包圍在谷殼的活性點周圍 , 吸附 2+ 反應更充分 . 在實驗的濃度范圍內 , 谷殼對 Cu 、 2+ 2 Pb 的吸附量與 c0關系分別為 qe = 010739 c0 ( R = 01994, p < 01001, n = 5, R臨界 = 01982 、qe = 010932 c0 ( R = 01990, p < 01001, n = 7, R臨界 = 01951

33、 ,說明在實驗的條件下吸附量與初始濃度呈 良好的線性關系 . 對于固液體系的吸附行為 ,常用 Langmuir吸附 金屬離子 Cu ( II Pb ( II qm / (mg g - 1 線的斜率和截矩可得到 KL 、m . q 根據(jù)圖 9 的實驗結果 , 將不同初始濃度 ( c0 對 應的吸附量轉變成不同平衡濃度 ( ce 對應的吸附 量 ,依式 ( 2 進行回歸計算 ,得到 Langmuir參數(shù)等數(shù) 值 ,結果列于表 1. 2 2+ 由表 1 看出 , 由于 R 較大 , 因此谷殼對 Cu 、 2+ 2+ Pb 的吸附可以用 Langm uir表達式描述 . Pb 吸附 2+ 2+ 常數(shù)

34、KL和 qm均大于 Cu , 說明谷殼對 Pb 的吸附 量大于 Cu . 圖 9 和表 1 的結果說明 , 谷殼對 Pb 2+ 的吸附能力大于對 Cu 的吸附 . 2+ 2+ 表 1 Langm u ir等溫吸附模型參數(shù) Table 1 The app lication of Langmuir model to the adsorp tion of Cu ( II and Pb ( II on chaff at different temperature R2 SD 01068 01041 p n 影響 圖 10 分 別 為 c0 ( Cu ( Pb 2+ - 1 2+ 的初始濃度時對 Cu

35、或 Pb 吸附的影響 . 可以看 出 ,金屬離子濃度增加 , 則對另外金屬離子的吸附 量呈明顯下降趨勢 . 混合體系中谷殼對 Cu 和 Pb 2+ 2+ 213 谷殼對 Cu 、 離子的競爭吸附研究 Pb 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 21311 Pb 與 Cu 共存時對吸附 Cu 和 Pb 的 2+ - 1 為 80 m g L 時 ,改變共存離子 Pb 或 Cu 圖 10 固定 Cu2 + ( 或 Pb2 + 的初始濃度 , Pb2 + ( 或 Cu2 + 初始濃度不同時對吸附 Cu2 + ( 或 Pb2 + 的影響 Fig1 10 The effect of c0 of

36、 copper changeless, and change the c0 of lead ( left and c0 of lead changeless, and change the c0 of copper( right 010437 010920 為 20 mg 、 0 L c 2+ 3146 ( 5415 mol L - 1 1215 ( 6013 mol L - 1 離子的吸附能力均下降 . 不變時對金屬吸附的影響 由圖 10、 看出 , Cu 11 2+ 2+ 對 Pb 在時 ,競爭谷殼表面的活性點 ,與 Cu 、 單獨存 Pb 在相比 ,引起谷殼對 Cu 、 吸附量下降 .

37、Pb 2+ 2+ 01974 01992 圖 11 為在不同初始濃度下 ,共存離子初始濃度 (或 Pb2 + 的存在均使得 2+ 2+ ( Cu2 + 的吸附量下降 . 當 Cu2 + 、 2 + 共同存 Pb < 01001 < 01001 5 7 38 2+ 2+ 環(huán) 境 科 學 學 報 26 卷 2+ 圖 12 為在不同 Cu 、 平衡濃度時 ,谷殼分 Pb 別對 Cu 和 Pb 的吸附量變化圖 . 2+ 圖 11 固定 Cu2 + ( c0 = 20m g L - 1 時不同初始濃度的 Pb2 + 對吸附 Cu2 + 的影響 ( 左 和固定 Pb2 + ( c0 = 80

38、m g L - 1 時不同初始濃度 的 Cu2 + 對吸附 Pb2 + 的影響 ( 右 Fig1 11 The effect of different initial lead concentrationon on adsorp tion copper( ( c0 = 20mg L - 1 , left or different initial copper concentra2 tionon on adsrop tion lead ( ( c0 = 80mg L - 1 , right 圖 12 不同平衡濃度時谷殼對 Cu2 + ( 左 、 2 + ( 右 吸附量 Pb 溶液中 Cu 、 共

39、存時 , 谷殼對二者都有吸 Pb 附作用 ,但它們各自的吸附量都降低 . 從圖 11 和 12 2+ 2+ 看出 , Pb 存在時顯著影響谷殼吸附 Cu 的能力 , 2+ 2+ 而 Cu 作為共存離子存在時對谷殼吸附 Pb 的影 響相對較小 . 2+ 2+ 21312 Cu 、 Pb 共存時 , 對谷殼吸附能力的研究 固定兩種金屬離子 Cu 、 的量濃度之和不變 Pb - 1 ( 01386mmol L , 同時改變兩種金屬離子的摩爾 2+ 濃度 ,實驗結果如圖 13 所示 . 隨著 Pb 摩爾濃度占 2+ 總的摩爾濃度的百分含量逐漸升高時 , Pb 的吸附 2+ 2+ 量逐漸升高 , Cu

40、的 吸附 量逐 漸降低 . 對 Cu 和 Pb 總的吸附量而言 , 也是逐漸升高的 . 這說明谷 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 殼對 Pb 的吸附能力大于 Cu . 由圖 10 和表 1 看 2+ 2+ 出 ,當 Cu 、 以等摩爾濃度單獨存在時 ,谷殼對 Pb 2+ 2+ Pb 的摩爾吸附量稍大于 Cu . 因此 , 谷殼對單一 2+ 2+ 2+ 體系中 Cu 、 Pb 的 吸附 能力 差 別 不 大 . Cu 和 Pb 在溶液中同時存在時 , 與 Pb 單獨存在相比 , 2+ 2+ Fig1 12 The adsorp tive quantity for copper( left and

41、lead ( right at different equilibrium concentrations in binary system 2+ 2+ 圖 13 Cu2 + 和 Pb2 + 摩爾濃度之和不變 , 谷殼對 Cu2 + 和 Pb2 + 的生物吸附 谷殼對 Cu 和 Pb 總的摩爾吸附量有所下降 . 在混 合溶液中 ,谷殼對 Pb 的吸附能力大于 Cu . 2+ 2+ Fig1 13 The effect of both copper and lead in existence on the adsorp tive capacity of chaff 2+ 2+ 金屬離子的半徑和電荷

42、密度會影響金屬離子 1期 韓潤平等 : 谷殼的差熱紅外掃描電鏡分析及對銅鉛離子的生物吸附研究 2+ 2+ 39 的吸附行為 . 谷殼對 Cu 、 吸附能力的差異是 Pb 2+ 2+ 由于 Cu 、 Pb 與谷殼表面提供孤對電子的原子 (氧 親合力不同有關 ,親合力的大小主要取決于離 子的 電 負 性 ( Cay et a l1 , 2004; Zouboulis et a l1 , 1999 . 電 負 性 高 , 對 氧 的 親 合 力 強 ( Khraisheh 2+ 2+ et a l , 2004 . Pb 的電負性大于 Cu ,因此谷殼對 . Pb 有較大的親合力 . 將海藻用于 P

43、b 、 Cu 等離 2+ 2+ 2+ 2+ 子的吸附研究 ,結果表明海藻對 Pb 的吸附量大于 2+ Cu ( M atheickal et a l1 , 1999; Sheng et a l1 , 2004 ; Pagnanelli 等 ( 2003 對 革 蘭 氏 陰 性 菌 Sphaerotilus natans對 Pb 、 Cu 的吸附進行了研究 , 結果表明 2+ 2+ 2+ 2+ 吸附劑對 Pb 最大吸附量也大于 Cu ,與本研究有 類似的結果 . 3 結論 ( Conclusions 1 在升溫過程中谷殼有 2 個明顯的放熱峰 , 谷 殼的紅外光譜圖主要由 OH、 CH3和 C

44、O 等官 能團的吸收峰組成 ,碳氧硅是組成谷殼的主要元素 . 2+ 2+ 2 谷 殼 對 Cu 、Pb 的 最 大 吸 附 量 分 別 為 3146 m g L 、 15 mg L . 12 2+ 2+ 2+ 3 在 Cu 、 Pb 共存體系中 , 谷殼對 Cu 或 - 1 - 1 Pb 的吸附量均下降 ,且 Pb 對谷殼吸附的影響比 2+ 2+ 2+ Cu 更顯著 . 4 谷殼對 Pb 的吸附能力大于 Cu . 2+ 2+ References: A jm alM , Rao R A K, Anwar S, et a l1 20031 Adsorp tion studies on rice

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