1、羧甲基化沙柳木粉负载纳米零价铁 吸附 水中Pb2+ 扈佳琪 *，王丽 （内蒙古农业大学 材料科学与艺术设计学院，内蒙古 呼和浩特 010018） 摘要： 以羧甲基化沙柳木粉 （ CMS） 为载体， 采用液相还原法制备羧甲基化沙柳木粉负载纳米零价铁 （ NZVI/CMS）吸附剂。 采用 SEM、 FTIR、 XRD 和 TEM 对纳米零价铁 （ NZVI） 和 NZVI/CMS 的微观结构进行 了 表征。 考察了不同吸附条件 对 NZVI 和 NZVI/CMS 吸附 Pb2+性能 的影响 。 表征 结果显示 ： NZVI 成功负载在 CMS 上，负载 后的NZVI 的分散性明显提高，团聚现象 得
2、到有效 解决， CMS 起到 分散 NZVI 颗粒的作用 。 吸附结果显示 ： 当 NZVI 和NZVI/CMS的 投加量 分别 为 0.05 g和 0.01 g， Pb2+初始 质量 浓度 分别 为 600 mg/L 和 400 mg/L， 吸附时间为 120 min，吸附温度为 30 ， Pb2+溶 液 pH 值分别为 4.5 和 4.0 时， NZVI 和 NZVI/CMS 对 Pb2+的吸附量最大，分别 为 390.30 mg/g 和 535.50 mg/g。 循环吸附实验表明 ， NZVI 的吸附量从第一次的 390.3 mg/g 下降到第四次的 98.6 mg/g，NZVI/CMS
3、 的吸附量从第一 次的 535.5 mg/g 下降到第四次的 469.7 mg/g， NZVI/CMS 呈现出比 NZVI 更优越的循环使用性能。 关键词： 沙柳；纳米零价铁；吸附；还原 ； Pb2+ 中图分类号： X52 文献标识码： A Adsorption Properties of Pb2+in Aqueous Solution by Carboxymethyl Salix Psammophila Powder Supported Nanoscale Zero-Valent Iron HU Jiaqi*, WANG Li (College of Material Science and
4、 Art Design, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, Inner Mongolia, China) Abstract: The carboxymethyl salix psammophila powder(CMS) as carrier, the carboxymethyl salix psammophila powder supported nanoscale zero-valent iron(NZVI/CMS) was prepared by using liquid phase reduction meth
5、od. The micro structures of nanoscale zero- valent iron(NZVI) and NZVI/CMS were characterized by means of SEM, FTIR, XRD and TEM. The effects of different adsorption conditions on adsorption properties of NZVI and NZVI/CMS for Pb2+ were studied. The characterization results show that NZVI was loaded
6、 on the CMS successfully, and the NZVI were scattered obviously on CMS, reunion phenomenon had been resolved effectively, CMS played a role in dispersing NZVI particles.The adsorption results showed that the adsorption capacities of NZVI and NZVI/CMS reached a maximum of 390.30 mg/g and 535.50 mg/g
7、as the dosage was 0.05 g and 0.01 g respectively, the initial mass concentration of Pb2+ was 600 mg/L and 400 mg/L respectively, the adsorption time was 120 min, the adsorption temperature was 30 and the pH of Pb2+ solution was 4.5 and 4.0 respectively. The cyclic adsorption experiments show that, t
8、he adsorption capacities of NZVI decreased from 390.3 mg/g to 98.6 mg/g, the adsorption capacities of NZVI/CMS decreased from 535.5 mg/g to 469.7 mg/g, NZVI/CMS has better reusability than that of NZVI. Key words: salix psammophila; nanoscale zero-valent iron; adsorption; reduction; Pb2+ Foundation
9、item: National Natural Science Foundation of Inner Mongolia (No. 2016MS0210); The Outstanding Young Science Foundation of Inner Mongolia Agricultural University (No.2014XYQ-12). 基金项目： 内蒙古 自然科学基金 (基金号 2016MS0210)； 内蒙古农业大学优秀青年科学基金 (基金号 2014XYQ-12) 作者简介 ： 扈佳琪 (1992-)，男，硕士 生 。 联系 人： 王丽 (1978-)，女 ， 教授 ，电
10、话： 0471-4300240，Email： 。 重金属造成的水资源污染 是一个全球性的环境问题，重金属的毒性持久 ，因为它们不可生物降解 1。 废水中通常包括镉、铬、镍、铜、汞和铅等金属离子，其中 铅在自然环境中最具有潜在性的威胁， 在饮用水 的质量安全问题上更是备受关注 2。 重金属离子大都来自一些工业生产活动，诸如采矿作业、金属电镀、纺织行业和化肥行业 3-6等，通过废弃物的排放 重金属进入到自然环境中 。 目前 控制 重金属污染常用的方法有溶剂萃取法、化学沉淀法、植物提取法、反渗透法、超滤法、电渗析法、吸附法及离子交换法 7等。吸附法由于其高效性和易操作性是废水处理应用中 应用最广 的
11、方法之一 4。 近年来纳米零价铁 （ NZVI） 作为一种新型吸附剂在国内外受到越来越多的关注。 NZVI 是指粒径在 1100 nm 之间，比表面积在 1070 m2/g 的 Fe0 粒子 8。 与传统的铁基修复材料相比， NZVI具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应等优点，使其具有更大的比表面积 、 更好的反应活性 、更强的还原性 和 吸附性 9-10。 NZVI 对重金属离子的作用主要包括：还原作用、吸附作用、共沉淀作用等 11。 由于 NZVI 优越的修复 能力、高的去除效率 ， 使其在去除水中重金属离子方面越来越受到重视。 Efecan N12等利用 硼氢化钠溶液为强还原剂制备 N
12、ZVI，考察 了 NZVI 对 价镍离子的吸附效果，实验结果表明 ， NZVI 对 镍离子的 吸 附量 较 大且吸附 速率较 快，但 NZVI 在水中易团聚。 这是由于 NZVI 颗粒细小且本身具有磁性，所以单独使用时 极易发生团聚，从而影响使用效率。为了克服这一缺陷，国内外一些学者选择合适的载体作为支撑物 制得 负载型 NZVI，这样不仅能保持 NZVI 固有的特性，还能降低 NZVI 的氧化速率，增加其稳定性，提高其降解率并实现颗粒的重复利用 13。 常用的载体材料 有膨润土、 铝土矿、树脂、活性炭、石墨烯、壳聚糖、纤维素 14-16等。 何元渊 17等用核桃壳负载 NZVI 吸附废水中
13、Pb2+，吸附剂对 Pb2+的最大吸附量为199.90 mg/g。 高国振 18采用 玉米淀粉负载纳米零价铁（ NZVI/CS）去除溶液中 Pb2+，结果表明 ，NZVI/CS 相比 NZVI 和玉米淀粉具有更好的去除 Pb2+性能，在 60 min 时， NZVI/CS 的 Pb2+去除率可达到 100%， NZVI 和玉米淀粉仅为 83%和 51%。 因此，载体和 NZVI 的吸附和还原协同作用是负载型 NZVI 的优势。 沙柳，属杨柳科柳属植物，在我国内蒙古、宁夏、甘肃、陕西等省区均有分布。沙柳枝干富含纤维素、半纤维素、木质素，具有很高的生物质材料利用价值 19。 沙柳木粉中纤维素 的
14、质量分数 为 36.95%，综合纤维素 的 质量分数 为 71.92%，木质素 的 质量分数 为 24.77%，并含有大量以羟基为代表的活性成分 20， 这些活性基团可与重金属离子 发生 交换或配位 反应 。 而纤维素作为一种天然可再生资源 ，对 其 改性一直是研究热点 。 羧甲基化反应是对纤维素改性中醚化技术的一种，其产物 羧甲基化纤维素是天然纤维素改性后生成的一种纤维素醚，由于 它 具有一定的吸附性能21，也被 广泛 应用于废水处理中 22。 宋庆平 23等制备了 N-羧甲基壳聚糖，证明 N-羧甲基壳聚糖对 Pb2+、 Co2+、 Ni2+、 Cd2+的吸附能力优于壳聚糖。 曹向宇 24等
15、采用改进的氧化沉淀法在羧甲基纤维素体系中制备 以磁性纳米 Fe3O4 为核心，外层包覆羧甲基纤维素的复合磁性纳米材料， 并 考察了 其对 Cu2+的吸附性能 。 迄今为止，对沙柳木粉进行羧甲基化改性，并用羧甲基化沙柳木粉负载纳米零价铁 （ NZVI/CMS） 进行重金属吸附性能的研究还鲜见报道。 因此，本文以沙柳木粉为原料，以无水乙醇、氢氧化钠、氯乙酸为反应试剂， 制备 羧甲基化沙柳木粉 (CMS)，以 CMS 为载体，采用液相还原法 制备 NZVI/CMS。采用 SEM、 FTIR、 XRD 和TEM 等表征手段 对 NZVI 和 NZVI/CMS 的微观结构进行 了 表征， 考察了 吸附剂
16、投加量、 Pb2+溶液初始浓度、吸附时间、吸附温度、 Pb2+溶液 pH 值对 Pb2+吸附性能的影响。 本文为 NZVI 的实际应用提供参考依据，也为沙柳资源的利用开辟了一条新途径，使沙柳资源的利用更加合理。 1 实验部分 1.1 试剂 及仪器 沙柳：采购于内蒙古鄂尔多斯新街治沙站产，将沙柳刨花粉碎过 200 目筛，干燥至绝干 ，放置于密封袋备用； 氢氧化钠 、冰乙酸 ： AR，天津市风船化学试剂科技有限公司；一氯乙酸 、硼氢化钠 ： AR，天津市北联精细化学品开发有限公司；无水乙醇： AR，天津市河东区 红岩试剂厂； 六水合 三氯化铁 （氯化高铁） 、硝酸铅、硝酸 ： AR，国药集团化学试
17、剂有限公司；六次甲基四胺：AR，天津市盛奥化学试剂有限公司。 扫描电子显微镜： 6701F， 日本 JSM； 傅里叶红外 光谱 仪： Tensor27， 德国 Bruker； X 射线衍射仪 ： XRD-6000，日本 岛津 ； 透射电子显微镜： JEM-2100，日本电子； 高速多功能粉碎机：浙江省永康市金穗机械制造厂； 水浴恒温振荡器： SHA-C， 金坛市荣华仪器制造有限公司 ；离心机：H2050R， 长沙湘仪离心机仪器有限公司 ；双光束紫外可见分光光度计： TU-1901，北 京普析通用仪器有 限 责任公司； pH 计： STARTER 3100，奥豪斯仪器（上海）有限公司；真空干燥箱
18、： DZF-6210，上海善志仪器设备有限公司。 1.2 实验方法 1.2.1 NZVI 的制备 称取 9.66 g 的 FeCl36H2O 溶于 装有 40 mL 无水乙醇和 10 mL 蒸馏水的 三口烧瓶 中，电动搅拌 20 min，然后将配置好的 100 mL 浓度为 2 mol/L 的 NaBH4 水溶液逐滴滴入三口烧瓶中， 待NaBH4 溶液滴加完毕，再搅拌 30 min，使溶液中的铁离子充分 还原 。在整个过程中一直通入氮气保护。反应完毕后进行 抽滤分离，并用无水乙醇进行洗涤，分离出来的 NZVI 在 50真空干燥箱中烘干 6 h， 制得 NZVI 2.0 g，装袋备用 。 反应方
19、程式如 下 所示。 4Fe3+3BH4-+9H2O4Fe0+3H2BO3-+6H2+12H+ 1.2.2 CMS 的制备 将沙柳刨花粉碎后过 200 目筛子，置于烘箱烘干得到绝干沙柳木粉。将 2.0 g 沙柳木粉浸泡在质量 分数 为 15%的氢氧化钠溶液中 12 h，过滤抽干后移入三口烧瓶中，加入 20 mL 无水乙醇并搅拌均匀，将 2.0 g 氯乙酸分三批加入三口烧瓶中，室温下反应 30 min 后 ， 在 60 下反应 2 h，抽滤，将产物溶于 10 mL 蒸馏水中，用 醋酸 与 水体积比 为 1 1 的 醋酸水 溶液将 体系 pH 值调至7.0 后 ，将其 倒入 100 mL 无水乙醇
20、中 ，在布氏漏斗中浸泡 15 min 后抽滤，于 85 真空干燥箱中干燥 2 h 后粉碎研磨得到 CMS 1.8 g。 1.2.3 NZVI/CMS 的制备 称取 9.66 g 的 FeCl36H2O 溶于 装有 40 mL 无水乙醇和 10 mL 蒸馏水的三口烧瓶中， 加入 2.0 g制备好的 CMS，电动搅拌 30 min使之混合均匀 ，然后将配置好的 100 mL浓度为 2 mol/L 的 NaBH4水溶液逐滴滴入三口烧瓶中， 待 NaBH4 溶液滴加完毕，再搅拌 30 min，整个制备过程一直通入氮气保护。反应完毕后进行抽滤分离，并用无水乙醇进行洗涤，分离出来的 NZVI/CMS 在
21、50真空干燥箱中烘干 6 h， 制得 NZVI/CMS 3.8 g，装袋备用 。 1.2.4 吸附实验 用移液管移取 50 mL 已知 浓度的 Pb2+溶液 于 100 mL 锥形瓶中 ， 加入一定质量的吸附剂 ， 将锥形瓶盖紧后放入水浴恒温震荡器中（ 120 r/min），在 不同吸附剂投加量、 Pb2+溶 液初始 质量 浓度、吸附温度、 吸附时间、 Pb2+溶液 pH 值等条件下进行吸附， 吸附结束后用离心机（ 4000 r/min）将吸附剂和 Pb2+溶液分离，用双光束紫外可见分光光度计测量吸附后溶液中 Pb2+的浓度，按 下 式 计算吸附量 Qe。 经实验得出，最佳吸附条件下的实验步骤
22、为：用移液管分别移取 50 mL 初始质量浓度为 600 mg/L 和 400 mg/L 的 Pb2+溶液 于两个锥形瓶中，分别将 pH 值调至 4.5 和 4.0，分别加入 0.05 g 的 NZVI 和 0.01 g 的 NZVI/CMS， 将锥形瓶盖紧后放入 30 水浴恒温震荡器中（ 120 r/min）震荡 120 min， 吸附结束后用离心机（ 4000 r/min）将吸附剂和 Pb2+溶液分离，用双光束紫外可见分光光度计测量吸附后溶液中 Pb2+的浓度，按下式计算吸附量 Qe。 Qe=(ce-c0) V/m 式中： Qe吸附量（ mg/g）； c0Pb2+溶液的初始 质量 浓度（
23、mg/L）； ce吸附后溶液中剩余 Pb2+的 质量 浓度（ mg/L） ; VPb2+溶液的体积（ L）； m吸附剂的用量（ g）。 1.2.5 脱附实验 将吸附 Pb2+饱和的吸附剂置于 100 mL锥形瓶中，加入浓度为 0.05 mol/L 的 HNO3 溶液 50 mL，将锥形瓶盖紧后放入水浴恒温振荡器 中（ 30 ， 120 r/min）振荡 60 min 进行脱附实验 。 1.2.6 循环吸附实验 为了考察 NZVI 和 NZVI/CMS 的 循环 使用性，对 NZVI 和 NZVI/CMS 进行循环吸附 脱附 实验。向两个含有 50 mL Pb2+初始 质量 浓度 分别 为 60
24、0 和 400 mg/L，溶液 pH 分别 为 4.5 和 4.0 的 Pb2+溶液的锥形瓶中 分别 加入 0.05 g 的 NZVI 和 0.01 g 的 NZVI/CMS，在吸附温度为 30的条件下吸附 120 min。吸附结束后 ，将吸附剂和 Pb2+溶液分离， 测定溶液中 Pb2+的浓度，并计算吸附量。然后， 将吸附完成 后 的吸附剂 干燥后 分别 进行脱附实验 ，脱附结束后， 将吸附剂从溶液里分离出来并 再次 对其进行干燥，干燥结束后进行下一次吸附脱附实验，吸附脱附条件与第一次一致，计算每一次吸附剂的吸附量。 该过程重复 4 次。 1.3 分析与表征 方法 1.3.1 扫描电镜（ S
25、EM）分析 使用型场发射扫描电子显微镜对 NZVI 和 NZVI/CMS 样品进行微观结构的分析。将导电胶贴紧在样品台上，取适量的 NZVI 和 NZVI/CMS 样品于导电胶上，将未固定好的样品清理干净，然后对样品做干燥、喷金处理。在加速电压为 5 KV，放大倍数为 40000 倍的条件下进行观察。 1.3.2 红外光谱（ FTIR） 分析 使用傅里叶红外光谱仪对 NZVI 和 NZVI/CMS 样品进行红外光谱分析，试样做 KBr 压片处理，分辨率为 4 cm-1，波数范围为 500 4000 cm-1，使用 ZnSe 棱镜和 60入射角，扫描次数 160次。 1.3.3 X 射线衍射（
26、XRD）分析 使用 X 射线衍射仪对 NZVI 和 NZVI/CMS 样品进行 XRD 分析，将样品置于空白的载玻片上，压实后送入样品室，入射波长为 0.514 nm，扫描范围为 10 90，扫描速度为 4（ ） /min，扫描间隔为 0.02， Cu 靶 Ka 射线。 1.3.4 透射电镜（ TEM）分析 使用透射电镜对 NZVI 和 NZVI/CMS 样品进行形貌分析，将样品固定于样品室中，在加速电压为 100 KV 的条件下对样品的形貌进行观察。 2 结果与讨论 2.1 NZVI 和 NZVI/CMS 的微观结构分析 2.1.1 SEM 分析 图 1 显示的是 NZVI（ a）和 NZV
27、I/CMS（ b）的 SEM 照片。 由图 1a 可以看出： NZVI 颗粒呈球状或椭球状且大量的颗粒聚集成堆；由图 1b 可以看出： NZVI 负载在 CMS 上 后 ， NZVI 颗粒的分散性较好，团聚现象明显降低，表明 CMS 能够有效阻止 NZVI 的团聚 。 (a) (b) 图 1 NZVI（ a）和 NZVI/CMS（ b）的 SEM 照片 Fig.1 SEM micrographs of NZVI(a) and NZVI/CMS(b) 2.1.2 FTIR 分析 图 2 显示的是 NZVI(a)与 NZVI/CMS(b)的红外光谱图。由图 2 可以看出 ： NZVI 在 3400
28、 cm-1处是羟基的伸缩振动峰 17， 1643 cm-1 处是 表面吸附水 OH 的 弯曲 振动 吸收 峰 25， 1410 cm-1 处是制备过程中加入 B 元素而产生的 BO 键的伸缩振动峰 26， 1021 cm-1 处是 Fe2O3 的特征吸收峰26。 NZVI/CMS 中， 3400 cm-1 处羟基的伸缩振动峰变宽变大，并向高波数 3500 cm-1 处移动，说明 NZVI/CMS 上羟基数目明显增多， 3190 27及 1685 cm-128处分别出现 CMS 中 CH2和 C=O伸缩振动吸收峰， 1643 cm-1 处的表面吸附水 OH 的弯曲振动吸收峰较 NZVI 有所增强
29、 ， 1130、946、 823 cm-1 处出现氢氧化铁中 羟基的特征吸收峰 29， 618 cm-1 处 为 Fe2O3 的特征峰 26。上述分析表明 ， NZVI 和 NZVI/CMS 都受到了不同程度的氧化，且 NZVI 成功 负载在 了 CMS 上。 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500Wavenumber / cm-1ab3500340031901643141010211685164314101310 1021946 823618图 2 NZVI（ a）和 NZVI/CMS（ b）的红外 光 谱图 Fig.2 FTIR spectra of
30、NZVI(a) and NZVI/CMS(b) 2.1.3 XRD 分析 图 3是 NZVI(a)与 NZVI/CMS(b)的 XRD 谱图。由图 3可以看出 ： NZVI 和 NZVI/CMS 在 2=44.7左右同时有一个衍射峰，对应于 -Fe 特征衍射峰 30-31，即合成样品中铁的主要形式为 -Fe；与NZVI 相比， NZVI/CMS 在 2=15.5、 18、 31.5、 35等处出现了一些较高的衍射峰 ，这些衍射峰是 CMS 的衍射峰，说明 NZVI 成功 负载在 了 CMS 上。 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 9
31、02 /( )ab44.7 44.7 15.5 18 31.5 35 图 3 NZVI（ a）和 NZVI/CMS（ b）的 XRD 谱 图 Fig.3 XRD patterns of NZVI(a) and NZVI/CMS(b) 2.1.4 TEM 分析 图 4 是 NZVI(a)与 NZVI/CMS(b)的 TEM 照片。由图 4 可以 看出： NZVI 颗粒呈链状团聚在一起，这是由于颗粒之间相互吸引作用造成的 32， 而 NZVI/CMS 的 分散性明显优于 NZVI，这说明CMS 起到 分散 NZVI 颗粒的作用。 （ a） （ b） 图 4 NZVI（ a）和 NZVI/CMS（
32、b）的 TEM 照片 Fig.4 TEM micrograph of NZVI(a) and NZVI/CMS(b) 2.2 吸附条件对 NZVI 和 NZVI/CMS 吸附量的影响 2.2.1 吸附剂的投加量对吸附量的影响 图 5是 Pb2+溶液初始 质量 浓度分别为 600 mg/L和 400 mg/L，吸附时间 为 120 min，温度 为 30 ，Pb2+溶液 pH 值分别为 4.5 和 4.0 时， NZVI 和 NZVI/CMS 的投加量对 吸附 Pb2+性能的影响 ，实验方法同 1.2.4。由图 5 可见 ， 随着投加量的增加 ， NZVI 和 NZVI/CMS 对 Pb2+的吸
33、附量都呈现先上升后下降的趋势，当 NZVI 和 NZVI/CMS 的投加量分别为 0.05 g 和 0.01 g 时， NZVI 和 NZVI/CMS对 Pb2+的吸附量达到最大，分别为 390.3 mg/g 和 535.5 mg/g。 这是由于随着 NZVI 和 NZVI/CMS投加量的增加， NZVI 和 NZVI/CMS 的有效比表面积也相对增大 ， Pb2+与 NZVI 和 NZVI/CMS 上的吸附位点能够充分接触，有助于还原反应的进行 33，但是溶液中 Pb2+的浓度是一定的，达到吸附平衡后，由吸附量的计算公式可知 ， 投加 量的增大必然会导致吸附量持续下降。 NZVI/CMS 的
34、投加量为 0.01 g 时吸附量最大，而 NZVI 投加量为 0.05 g 时吸附量最大，这也说明将 NZVI 负载在 CMS 上 吸附效率提高， 有 效减弱 了 NZVI 的团聚现象。 0 .0 2 0 .0 4 0 .0 6 0 .0 8 0 .1 00100200300400500600Qe/ (mg/g)D o s a g e /gN Z V IN Z V I / C MS图 5 吸附剂投加量对 NZVI 和 NZVI/CMS 吸附 Pb2+吸附 量的影响 Fig.5 Effect of dasage on adsorption capacity of NZVI and NZVI/CM
35、S for Pb2+ 2.2.2 Pb2+溶液初 始 质量 浓度对吸附量的影响 图 6 所示的是 当 NZVI 和 NZVI/CMS 的投加量分别为 0.05 g 和 0.01 g，吸附时间 为 120 min，温度 为 30 ， Pb2+溶液 pH值分别为 4.5 和 4.0 时， Pb2+溶液的初始 质量 浓度对 NZVI 和 NZVI/CMS吸附 Pb2+性能的影响 ，实验方法同 1.2.4。由图 6 可见 ， 随着 Pb2+溶液初始 质量 浓度的增大， NZVI和 NZVI/CMS 对 Pb2+的吸附量均呈现先增大后略有下降的趋势。当 Pb2+溶液初始 质量 浓度达到600 mg/L
36、和 400 mg/L 时 ， NZVI 和 NZVI/CMS 对 Pb2+的吸附量达到最大，分别为 390.3 mg/g 和535.5 mg/g。最初吸附量上升是因为随着溶液中 Pb2+的增多，与 NZVI 和 NZVI/CMS 表面吸附位点接触的 Pb2+相应 增多，而且随着 Pb2+质量 浓度的增 加，增大了金属离子的传质推动力，减少 了吸附阻力 34。当 Pb2+质量 浓度过高时，溶液中的金属离子会发生水解，与 H2O 形成配合，所以吸附量会略有下降 35。 100 200 300 400 500 600 70050100150200250300350400450500550600Qe/
37、 (mgg) / ( mg L-1)N Z V IN Z V I / C MS图 6 Pb2+溶液初始 质量 浓度对 NZVI 和 NZVI/CMS 吸附 Pb2+吸附 量的影 响 Fig.6 Effect of the initial concentration of Pb2+ on adsorption capacity of NZVI and NZVI/CMS for Pb2+ 2.2.3 吸附时间对吸附量的影响 图 7 是 NZVI 和 NZVI/CMS 的投加量分别为 0.05 g 和 0.01 g， Pb2+溶液初始 质量 浓度分别为600 mg/L 和 400 mg/L，温度 为
38、 30 ， Pb2+溶液 pH 值分别为 4.5 和 4.0 时 ， 吸附时间 对 NZVI 和NZVI/CMS 吸附 Pb2+性能的影响 ，实验方法同 1.2.4。由图 7 可见 ， 随着吸附时间的延长， NZVI和 NZVI/CMS 对 Pb2+的吸附量呈现先增加后趋于 稳定 的趋势， 在 120 min 时 ， NZVI 和 NZVI/CMS对 Pb2+的吸附量均达到最大，分别为 390.3 mg/g 和 535.5 mg/g。由于在吸附初期 Pb2+可以在 NZVI表面、 CMS 表面以及 CMS 的 内部孔径被吸附，而且 NZVI 的还原作用也能极大提高吸附量， 所以， 随着吸附时间
39、的延长，吸附达到 饱和 逐渐趋于平衡。 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200250300350400450500550Qe/ (mg/g)t / m i nN Z V IN Z V I / C MS图 7 吸附时间对 NZVI 和 NZVI/CMS 吸附 Pb2+吸附 量的影响 Fig.7 Effect of the adsorption time of adsorption capacity of NZVI and NZVI/CMS for Pb2+ 2.2.4 吸附温度对吸附量的影响 图 8 是 当 NZVI 和 NZVI/CMS 的投加量分别为 0.05
40、 g 和 0.01 g， Pb2+溶液初始 质量 浓度分别为 600 mg/L 和 400 mg/L， 吸附时间为 120 min， Pb2+溶液 pH 值分别为 4.5 和 4.0 时 ，吸附温度对NZVI 和 NZVI/CMS 吸附 Pb2+性能的影响 ， 实验方法 同 1.2.4。由图 8 可见 ，吸附 温度从 20上升至 30， NZVI 和 NZVI/CMS 对 Pb2+的吸附量明显提高，这表明在一定温度范围内 NZVI 和NZVI/CMS 对 Pb2+的吸附和还原为吸热过程，温度升高有助于吸附和还原的进行 36。当温度升至30以后， NZVI 对 Pb2+的吸附量逐渐趋于平衡，说明升至一定温度后 NZVI 对 Pb2+的吸附受温度影响很小 37。当温度升至 30以后， NZVI/CMS 对 Pb2+的吸附量略有下降，这可能是因为吸附在 CMS 及 CMS 内部孔径 的 Pb2+随着 温度升高热运动会加快，有可能导致 脱附的加剧，致使吸附量略有下降。 20 30 40 50 60300350400450500550Qe/ (mg/g)T / CN Z V IN Z V I / C MS
