《甘蔗渣生物吸附剂对重金属的吸附性能实证研究13000字（论文）》

PAGEPAGEIII甘蔗渣生物吸附剂对重金属的吸附性能实证研究摘要本课题以甘蔗渣为原料，经过TEMPO氧化改性，得到制备好的甘蔗渣生物吸附剂，再经过试验，研究该生物吸附剂对Pb2+的吸附性能。在制备该甘蔗渣生物吸附剂时，研究了TEEMPO氧化改性过程中次氯酸钠添加体积、改性溶液添加量、温度和pH值对甘蔗渣生物吸附剂性能的影响。结果表明次氯酸钠添加体积对甘蔗渣生物吸附剂吸附效率影响不大，到3mL时吸附效果较佳；在一定范围内吸附率随改性溶液添加量的增加而升高，在200mL时达到顶峰，后则下降；在20℃到40℃，吸附率随着温度的升高而提升，超过40℃，吸附率则逐渐下降；pH处于中性时对吸附率的影响不大，溶液的碱性程度越高，吸附率则越强。通过静态吸附试验，研究固液比、pH值、重金属离子溶液初始浓度和吸附时间对Pb+离子吸附的影响。结果表明该吸附剂可实现快速高效吸附铅离子的目的,本实验的结果为目前对重金属的处置上提供了一定的理论条件。关键词

甘蔗渣；生物吸附剂；Pb2+；静态吸附目录TOC\o"1-3"\h\u26151摘要 I113567绪论 1322761.1重金属概念 1234511.2重金属污染特点 1191681.2.1分布广泛 1191681.2.2生物富集 1191681.2.3转化工程复杂 1191681.2.4不易察觉 2191681.3重金属的危害 2191681.3.1重金属对土壤的危害 2191681.3.2重金属对植物的危害 2191681.3.3重金属对人体的危害 2191681.4水中重金属的处理方式 2191681.5生物吸附剂的概况 3191681.5.1农林废弃物 3191681.5.2微生物吸附剂 4219531.5.3壳聚糖吸附剂 4219531.5.4化学改性生物吸附剂 4185041.6甘蔗渣生物吸附剂 4185041.6.1影响甘蔗渣生物吸附剂吸附效果的因素 524131.7研究目的及意义 5262372材料与方法 6280972.1仪器与试剂 6155662.1.1仪器 683302.1.2试剂 6174972.2试验方法 7263252.2.1检测条件 794282.2.2标准系列溶液的配制 7196972.2.3重金属离子溶液的配制 7304582.2.4甘蔗渣生物吸附剂的制备 7306372.2.5静态吸附 918833结果与分析 12144473.1标准工作曲线的绘制 1211643.2甘蔗渣生物吸附剂的制备 13171713.2.1次氯酸钠添加体积对吸附性能的影响 1371923.2.2改性溶液添加体积对吸附性能的影响 1371923.2.3反应温度对吸附性能的影响 1470913.2.4反应溶pH对吸附性能的影响 1571923.2.5正交实验 1611643.3甘蔗渣生物吸附剂对Pb2+的吸附性能 17171713.3.1固液比对吸附性能的影响 1771923.3.2pH对吸附性能的影响 1870913.3.3重金属离子离子浓度对吸附性能的影响 19254913.2.4吸附时间对吸附性能的影响 1917355结论 2110578参考文献 23PAGEPAGE111绪论近年来随着科学技术的进步，重工业和农业都得到了蓬勃的发展，大量的生活与生产垃圾肆意排放丢弃，污染环境，造成了对生态环境严重的破坏和许多不可挽回的损失。在这之中重金属离子的危害尤为严峻，被重金属污染过的水体不仅毒害土壤，抑制植物生长生殖，甚至对人体带来严重损伤等危险[1]。而本实验所采用的吸附法是近年来较为热门的一种处理方法，该方法吸附效率高，而且价格较为低廉，吸附速率相对较快。而课题使用的甘蔗渣更是产量大，来源集中，广泛存在于自然界，性能稳定，被忽视了巨大潜能的生物质资源。首先将经过基础处理的甘蔗渣进行氧化改性制备生物吸附剂，并探究在制备过程中对甘蔗渣吸附性能提高有利因素；然后以静态吸附的方法探究该生物吸附剂对铅离子的吸附性能最佳因素，为重金属的处理提供良好的科学依据，为打造更好的生态环境社会做出一点微薄的贡献[2]。1.1重金属概念包括了所有比重超过4或5的金属元素。如常见的铜、铁、铅、镍和不常接触的钴、钒、钛、镉、汞等[3]。尽管某些重金属属于人体日常活动所必须的微量元素，但一点含量超过人体所能承受范围，也会对人体造成伤害。而大部分重金属对人体是无作用的,因此一旦过量的摄入则会损伤人体，诱发疾病，更有甚者导致死亡。1.2重金属污染特点1.2.1分布广泛重金属广泛存在于空气、土壤、河流和生物体中，而在水体中底泥一般是重金属最后的流向，少部分以颗粒的形式存在于水体中[4]。1.2.2生物富集它们与有机污染物不同，部分的重金属会在水质中微生物的作用下生成金属有机物而不会被分解，金属有机物则具有更大的毒性。重金属而经过一系列的水质中食物链的逐级富集，浓度也愈加逐级增大[5]。在食物链终端的人通常在进食或者呼吸过程中就不经意的将重金属摄入，或者通过皮肤接触的方式进入人体内部，在人体内逐渐积累，更会与人体中的微生物作用转化成毒性更大的有机化合物，而且这种影响较为隐蔽，部分累积性危害甚至要一二十年才能够显现出来。1.2.3转化工程复杂此类离子在水中的转化是一个相对复杂的过程，这个过程与重金属所存在水质的氧化还原因素或pH因素有着较大的联系。一般的迁移反应大致有离子性化合物溶解而形成多种有机或无机配位化合物，可溶性物质在固体表面的吸附和吸解等[6]。因此价态不同的重金属元素性质也相去甚远,不能一概而论，所以如想通过人工途径降解或者利用这些重金属元素也十分不易。1.2.4不易察觉重金属的污染物不容易或完全不能够直接被人体所察觉到，就如同人体不能够仅凭借感官就能够明确空气中是否存在微生物或病毒[7]。只有通过科学的方法或测验才能确认重金属的存在与否。1.3重金属的危害1.3.1重金属对土壤的危害在自然条件下，土壤中重金属的存在并不会造成太大的威胁，但由于人类的生命活动干预，导致重金属含量超标过量时，会导致重金属的突然活化，造成不可逆转的毒害作用和严重生态破坏。在土壤中的重金属首先会对土壤中的微生物造成威胁[8]，其次，种植在土壤的植物，其功能与组织等都会受到影响，降低植物的品质与质量。作为存在于食物链上端的人也不可避免的会受到一定的影响[9]。1.3.2重金属对植物的危害当植物体内存在重金属时，会间接在植物体内催生出部分对植物有毒害作用不利影响的物质，这是间接性的损伤，而重金属使植物本身直接产生过氧化氢等物质就造成直接的严重性伤害。如小麦对氮的吸收被抑制是镍含量过高，抑制小麦生长，玉米植株吸收量降低是镉含量过高，农产品的生长与发育则可能是铅含量过高等[10]。在中国，重金属污染的状况在持续加重，不仅仅是危害到了农作物的质量安全，更影响了中国的生态环境建设，与中国实行的可持续发展战略背道而驰。1.3.3重金属对人体的危害尽管人体所必不可少的微量元素中不乏有几种重金属元素，一旦缺失或缺乏都会对人体健康带来影响。但一旦这些重金属在人体内含量超过人体所能承受的限度外，就会影响人体正常生长发育，甚至导致死亡[11]。1.4水中重金属的处理方式重金属离子在工业加工流程中是非常常见的存在。目前来说应对重金属污染较为普遍的方式有：化学沉淀法、蒸发浓缩法、离子交换法、电解法、铁氧体法等[12]。以下作一些简单探讨:1.4.1

沉淀法这是一种那个被普遍使用的方法，有着操作方便的优势，是通过向废水溶液体系中加入化学试剂，从而使重金属离子生成难溶于水的沉淀产生不溶性物质，这些物质可以从水中沉淀和分离。如化学沉淀法中的中和沉淀法，是通过提升水质的pH使得重金属离子转化为碳酸盐或者氧化物从而从水质中得以分离出来。工业上常用石灰作为沉淀剂，具有成本低，易取得，操作简单的优势。1.4.2

离子交换法该法能够去除不溶性材料(树脂)中的重金属离子，同时释放出与添加材料具有相同价态的重金属离子，而不破坏树脂原有的形态，源于树脂对于重金属离子可以选择性吸附，这个过程中树脂的表征不会改动。近年来，离子交换法已成为我国重金属水处理的热点。这种树脂通常具有交换、选择、吸附和催化功能[13]。根据Dabrowski的论文中，铜、锌、镉、银等金属离子可以经此方法被有效的去除。但该方法有着使用树脂价格高的缺点，因此这个方法的运行成本也就相对高。

1.4.3

电解法电解法采用存在电极电位差的材料，在电极处发生氧化还原反应，分离体系中重金属。从而消除废水中重金属的毒性，但不适合处理电解质浓度过低的废水。该方法有电解氧化等多种净化工艺。该方法操作工艺简单，操作起来方便，没有二次污染的危害，并且还可以回收有价金属。但随着实验的进行，重金属不断分解，导致电阻率增大，电耗大，出水水质并不是很理想，废水处理量小，因此处理能力也相对变小。1.4.4膜分离法该法利用特种薄膜对特定溶液成分的选择性透过作用，将特定成分从水中分离。根据透过的组分是溶质或溶剂，能够分成透析和渗透[14]。在重金属废水处理过程中，废水没有相变过程，因此该法相比传统方法更为节能。同时，该法操作简单、效率很高、适用能力强，有可观的发展潜力。当前使用较多的膜分离法有超滤、微滤、反渗透、电渗析和液膜分离法等。膜生物反应器等新技术也在逐渐投入应用。万金保等使用中和-微滤法处理酸性含重金属废水，将废水中和后通入微滤膜反应器，在加入絮凝剂后对铅、铜、铁、锌的去除率均可达99%以上。1.4.5

吸附法该法是近年来很多学者着重研究的一个处理方法。物理吸附(范德华吸附)源于范德华力的存在，且在一定程度上是可逆的。化学吸附是物质之间由化学键引起的分子和电子间转移。使用一些特殊的官能团形式和氨基等和其他团体在吸附剂,螯合与离子键、共价键,成为分子的三维结构,因此它有能力去除重金属离子。该方法常用于处理重金属浓度低、污染程度高的水，去除率很强，可以将废水中的重金属离子水平降低到ppb级水平[15]。该方法优点在于吸附效率高，价格较为低廉，吸附速率较快，易分离回收重金属等。1.5生物吸附剂概况生物吸附剂可以泛指一切采用生物质作为原料，在吸附法中使用的吸附剂。目前主要包括农林废弃物、微生物吸附剂、壳聚糖吸附剂以及化学改性生物吸附剂等几类。1.5.1农林废弃物农林废弃物涵盖各种树叶、果皮、秸秆等。植物来源的农林废弃物主要含有纤维素、半纤维素以及木质素，这些物质属于大分子多糖，对重金属有一定的吸附能力。同时，树叶、果皮等具有多孔结构构成，更利于作为吸附剂来使用。农林废弃物来源广泛，成本低廉，具有大规模工业使用的前景。但是，天然农林废弃物材料对重金属的吸附性能有限，因此有许多课题研究提高这些材料吸附性能的方法。1.5.2微生物吸附剂微生物范围广泛，一般指囊括细菌、病毒、真菌以及单细胞藻类的各种生物。可以用于吸附重金属的微生物则有部分带有纤维素外壳的细菌、真菌以及藻类等。微生物种类繁多、繁殖迅速，是制备吸附剂的良好生物原料[16]。Wen等使用龙葵中的内生菌，经改性四氧化三铁颗粒和海藻酸钠包埋固定，制成1种微生物吸附剂，在最佳条件下对Cd2+的吸附率高达96%，多次解吸后吸附率无明显波动，循环利用能力优秀。1.5.3壳聚糖吸附剂壳聚糖来源于甲壳类动物的外壳，其结构中具有含量较高的羟基、氨基等活性官能团，对重金属有一定的吸附效果。未经改性的壳聚糖在酸性水溶液中的吸附性能受传质阻力影响而不够理想，通过化学改性可提升其吸附能力。目前也有许多改性方法在研究之中。郭娜等利用化学发泡法制备得1种聚乙烯醇-壳聚糖复合吸附剂，其对Ni2+离子的吸附量可达80mg/g，优于蒙脱石、活性炭等吸附剂。于硕等使用EDTA改性磁性壳聚糖，样品于最佳条件下对Cd2+的吸附量可达176.32mg/g，且经5次洗脱后吸附能力仍有76.3%，再生吸附性能强[17]。1.5.4化学改性生物吸附剂改性生物吸附剂指通过皂化、氧化、醚化、接枝共聚等方法，增加吸附剂中活性官能团的数量，使吸附性能进一步提高的吸附剂。陈莉等采用皂化法对麦麸进行改性，在最佳条件下对Zn2+离子的吸附率可达99.56%。经过三次解吸回收后吸附率仍大于80%，吸附效果优秀的同时具有一定的重复使用能力。韦岩松等使用乙醇-氢氧化钠-氯化镁皂化交联体系对桑枝进行改性，成品吸附剂对Pb2+、Cd2+、As3+的吸附率均大于80%，相比改性前提升达30%。李振兴使用环氧氯丙烷交联法制备出1种甘蔗渣吸附剂，其吸附量可达167mg/g。化学改性是目前制造高效吸附剂的有效途径，鉴于原料与改性剂种类广泛，是目前诸多研究人员的探究方向。1.6甘蔗渣生物吸附剂目前全球种植甘蔗约有100多个国家，多数处于热带，亚热带地区，所以作为第二大地区的中国，甘蔗的产量还是较大的，中国是仅次于巴西和印度的甘蔗种植大国[18]。糖在国民经济中是主要的经济作物，所以在甘蔗渣制糖工业蓬勃发展的时期，据测算我国每年大约都有700多万吨的作为糟粕的甘蔗渣产出。甘蔗渣的成分简单且因其农药残留量低，所以可以直接用甘蔗渣作为反刍动物饲料或直接用作食用菌的栽培料，但都限制性较高，使用率较低。所以在传统意义上，甘蔗渣经常是被废弃，或者是用作焚烧处理。这不仅仅是一大笔数量庞大的资源被浪费的现象，不正确的处理也会使这些废弃物浪费土地或对环境和空气造成严重污染。因此我们需要通过科学的加工处理，将这些被废弃浪费的生物质资源加以利用，发掘他们潜在的优势[19]。近年来随着科学技术的不断发展，生物质转化利用工程技术也在不断的完善和进化当中，甘蔗渣不仅仅是一种天然且大量的高分子材料，并且也蕴含着丰富的生物质能，是一种优秀的制备生物吸附剂的原料。这是一种大量存在于自然界，能够有效被获得的工业副产物或农作物的生物吸附剂原材料。而在对甘蔗渣资源不断的开发和利用当中，在环境方面和经济方面都达成了共同的效益，首先对甘蔗渣的充分利用，避免了废弃甘蔗渣焚烧对温室气体的破坏与污染，保证了国家的能源安全，促进了对生态环境的保护作用，产生良好的环境下，也更加有利于促进农村建设和发展。其次，对甘蔗渣的合理转化利用，同时也增加了相关行业的经济发展，提高经济效益，因此对社会的经济发展也有着很大的贡献。最后本论文着重研究的生物吸附材料是无毒的，并且可以生物降解，并不会破坏到生态环境，所以拥有着很好的发展潜质和良好的应用前景[20]。1.6.1影响生物吸附剂吸附效果的因素次氯酸钠添加体积次氯酸钠添加体积在吸附剂制备过程中也起着重要影响。适量增加次氯酸钠的量，可以有效的促进氧化改性过程[21]，氧化改性后生物吸附剂的吸附效果也就更好。但如果次氯酸钠添加体积量太大，则会适得其反致使氧化改性结果并不理想。改性体积改性溶液添加量对生物吸附剂的吸附效果也有着较大的影响，根据一些实验结果显示，在其他条件保持不变的前提下，且在一定范围内，生物吸附剂的吸附效果随着改性溶液添加量的增加而提升，而添加过量的改性溶液，则会导致吸附效果变差。反应温度温度会影响反应速率和反应平衡点。较高的温度可以提升反应速率，但反应平衡点不一定正向移动。高温条件也会消耗更多能源，因此实际应用中一般在温和条件下进行吸附。反应溶液ph制备生物吸附剂过程中，反应pH影响颇大。当pH过低时，反应会被适当的减弱，从而影响吸附效果。合适的pH值对吸附剂的性能有着很大的提升。1.7研究目的及意义近年来随着科学技术的进步，重工业和农业都得到了蓬勃的发展，但众所周知的是，科技是一把双刃剑。因此造成了大量的生活与生产垃圾肆意排泄，污染环境，造成了对生态环境严重的破坏。严峻的形势必须要引起我们的注意，探索挽救的方法[22]。本实验将着力点放于被排入水中的重金属离子，被重金属污染过的水体具有毒害土壤，抑制植物生长生殖，对人体带来严重损伤等危险。而本实验所采用的吸附法是近年来着重研究的一个处理方法，该方法吸附效率高，而且价格较为低廉，吸附速率相对较快。而课题研究的甘蔗渣更是产量大，来源集中，广泛存在于自然界，性能稳定，被忽视了巨大潜能的生物质资源[19]。首先对甘蔗渣进行基础的改性；然后用Tempo方法对处理过甘蔗渣进行氧化改性，并探究在制备过程中对甘蔗渣吸附性能提高有利的合理因素；最后以静态吸附的方法探究该生物吸附剂对铅离子的吸附性能最佳因素，为重金属的处理提供良好的科学依据，为打造更好的生态环境社会做出一点微薄的贡献，而对甘蔗渣的合理利用不仅提高了相关行业的经济效益，同时也能够有效组织焚烧废弃甘蔗渣对环境的破坏[23]。2材料与方法2.1仪器与试剂2.1.1仪器A3原子吸收分光光度计北京普析通用仪器有限责任公司MS1-P1T磁力搅拌器美国精骐有限公司L550台式低速离心机湖南湘仪实验室仪器开发有限公司PHS-3C精密pH计上海精科雷磁

SHA-B双功能数显恒温振荡器上海梅香仪器有限公司DHG-9245A电热鼓风干燥箱上海—恒科学仪器有限公司JA21002电子天平上海精密仪器仪表GDE恒温循环水浴意大利VELP公司Multistirrerdigital66位磁力搅拌器意大利VELP公司DFY-500摇摆式高速粉碎机温岭市林大机械有限公司2.1.2试剂无水乙醇分析纯国药集团化学试剂有限公司氢氧化钠分析纯国药集团化学试剂有限公司浓盐酸分析纯国药集团化学试剂有限公司2,2,6,6-四甲基-1-哌啶酮分析纯上海源叶生物科技有限公司溴化钠分析纯上海阿拉丁生化科技股份有限公司次氯酸钠分析纯上海麦克林生化科技有限公司硫酸铅分析纯天津市福晨化学试剂厂Pb2+标准溶液(100mg/L)标准品国家化学试剂质检中心蒸馏水18.2MΩ·cm实验室提供乙炔纯度大于99.99%实验室提供2.2试验方法2.2.1检测条件火焰原子吸收分光光度计工作条件见表2-1。表2-1TAS-990原子吸收分光光度计工作参数元素波长/nm光谱带宽/nm灯电流/mA燃烧头高度/mm乙炔流量/(mL/min)Pb25.018002.2.2标准系列溶液的配制取7个10mL具塞刻度试管，纯水洗涤、烘干，标上序号。向试管中分别加入100mg/LPb2+标准溶液0.10、0.20、0.40、0.80、1.20、1.60、2.00mL，加纯水至刻度线，稀释、定容、摇匀，即为1、2、4、8、12、16、20mg/LPb2+标准系列溶液。先用纯水作空白对照，测定吸光度，再作纵坐标是吸光度，横坐标是质量浓度的标准工作曲线。2.2.3重金属离子溶液的配制200mg/LPb2+溶液：准确称取5.75g硝酸铅（Pb(NO3)2）放入500mL烧杯中，先加入少量纯水，用玻璃棒搅拌溶解。再将溶液沿玻璃棒缓慢转移至容器中，润洗两至三次，溶液合并至容器中，加纯水定容至18L。放入磁力搅拌子，500rpm搅拌，同时滴加适量0.1mol/LHCl溶液和0.1mol/LNaOH溶液使溶液pH=5.00，待溶液pH稳定不变后停止搅拌，备用。400mg/LPb2+溶液：准确称取11.50g硝酸铅（Pb(NO3)2）放入1000mL烧杯中，先加入少量纯水，用玻璃棒搅拌溶解。再将溶液沿玻璃棒缓慢转移至容器中，润洗两至三次，溶液合并至容器中，加纯水定容至18L。放入磁力搅拌子，500rpm搅拌，同时滴加适量0.1mol/LHCl溶液和0.1mol/LNaOH溶液使溶液pH=5.00，待溶液pH稳定不变后停止搅拌，备用[24]。2.2.4甘蔗渣生物吸附剂的制备甘蔗渣的预处理将准备好的甘蔗，去除外层皮后榨尽汁水，保留剩余甘蔗渣。用自来水洗净，纯水冲洗两到三次，放入鼓风干燥箱，60℃条件下干燥至恒重，粉碎后过50目筛，置于干燥器中储存备用。改性溶液的配制用电子天平分别准确称取0.625g2,2,6,6-四甲基-1-哌啶酮（TEMPO)和4.267g溴化钠置于烧杯中，先在烧杯中加入少量纯水，用玻璃棒充分搅拌溶解，再多次反复润洗至2000mL容量瓶中，并定容至2000mL,即为改性溶液。甘蔗渣生物吸附剂的制备称取5g皂化甘蔗渣粉末原料置于250mL烧杯中，加入100mL提前配制好的改性溶液和磁力搅拌子，在温度40℃，振荡速度为160r/min的磁力搅拌水浴锅中充分搅拌反应0.5h，通过滴加0.1mol/LHCI溶液和0.1mol/LNaOH溶液使反应体系pH维持在10条件下。充分搅拌反应0.5h条件下，缓慢加入3mL次氯酸钠溶液，并在此过程中通过滴加0.1mol/LHCI溶液和0.1mol/LNaOH溶液使反应体系pH始终维持在10。在40℃下恒温搅拌反应2h后添加15

mL无水乙醇终止反应。将终止反应后样品依次用纯水洗涤3次，然后放在冰箱-20℃>12h，再放入冷冻干燥机中>24h至恒重，粉碎后过50目筛，便得TEMPO-氧化处理过原料，干燥条件下储存备用。（1）次氯酸钠添加体积对吸附性能的影响称取5g皂化甘蔗渣粉末原料置于250mL烧杯中，加入100mL提前配制好的改性溶液和磁力搅拌子，在温度40℃，振荡速度为160r/min的磁力搅拌水浴锅中充分搅拌反应0.5h，通过滴加0.1mol/LHCI溶液和0.1mol/LNaOH溶液使反应体系pH维持在10条件下。充分搅拌反应0.5h条件下，缓慢加入0.5mL、1mL、2mL、3mL、4mL、5mL次氯酸钠溶液，并在此过程中通过滴加0.1mol/LHCI溶液和0.1mol/LNaOH溶液使反应体系pH始终维持在10。在40℃下恒温搅拌反应2h后添加15

mL无水乙醇终止反应。将终止反应后样品依次用纯水洗涤3次，然后放在冰箱-20℃>12h，再放入冷冻干燥机中>24h至恒重，粉碎后过50目筛，便得TEMPO-氧化处理过原料，干燥条件下储存备用。（2）改性体积对吸附性能的影响称取5g皂化甘蔗渣粉末原料置于250mL烧杯中，加入50mL、100mL、150mL、200mL、250mL提前配制好的改性溶液和磁力搅拌子，在温度40℃，振荡速度为160r/min的磁力搅拌水浴锅中充分搅拌反应0.5h，通过滴加0.1mol/LHCI溶液和0.1mol/LNaOH溶液使反应体系pH维持在10条件下。充分搅拌反应0.5h条件下，缓慢加入3mL次氯酸钠溶液，并在此过程中通过滴加0.1mol/LHCI溶液和0.1mol/LNaOH溶液使反应体系pH始终维持在10。在40℃下恒温搅拌反应2h后添加15

mL无水乙醇终止反应。将终止反应后样品依次用纯水洗涤3次，然后放在冰箱-20℃>12h，再放入冷冻干燥机中>24h至恒重，粉碎后过50目筛,便得TEMPO-氧化处理过原料，干燥条件下储存备用。（3）反应温度对吸附性能的影响称取5g皂化甘蔗渣粉末原料置于250mL烧杯中，加入100mL提前配制好的改性溶液和磁力搅拌子，在温度20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃，振荡速度为160r/min的磁力搅拌水浴锅中充分搅拌反应0.5h，通过滴加0.1mol/LHCI溶液和0.1mol/LNaOH溶液使反应体系pH维持在10条件下。充分搅拌反应0.5h条件下，缓慢加入3mL次氯酸钠溶液，并在此过程中通过滴加0.1mol/LHCI溶液和0.1mol/LNaOH溶液使反应体系pH始终维持在10。在40℃下恒温搅拌反应2h后添加15

mL无水乙醇终止反应。将终止反应后样品依次用纯水洗涤3次，然后放在冰箱-20℃>12h，再放入冷冻干燥机中>24h至恒重，粉碎后过50目筛，便得TEMPO-氧化处理过原料，干燥条件下储存备用。（4）反应溶液PH对吸附性能的影响称取5g皂化甘蔗渣粉末原料置于250mL烧杯中，加入100mL提前配制好的改性溶液和磁力搅拌子，在温度40℃，振荡速度为160r/min的磁力搅拌水浴锅中充分搅拌反应0.5h，通过滴加0.1mol/LHCI溶液和0.1mol/LNaOH溶液使反应体系pH维持在10条件下。充分搅拌反应0.5h条件下，缓慢加入3mL次氯酸钠溶液，并在此过程中通过滴加0.1mol/LHCI溶液和0.1mol/LNaOH溶液使反应体系pH始终维持在7、8、9、10、11、12。在40℃下恒温搅拌反应2h后添加15

mL无水乙醇终止反应。将终止反应后样品依次用纯水洗涤3次，然后放在冰箱-20℃>12h，再放入冷冻干燥机中>24h至恒重，粉碎后过50目筛，便得TEMPO-氧化处理过原料，干燥条件下储存备用。（5）正交试验根据单因素实验得出的吸附能力变化趋势确定各因素的水平（4因素，3水平），进行正交试验，确定最佳的制备条件。正交试验条件如表2-2所示。表2-2样品制备正交实验条件水平改性溶液体积（A）次氯酸钠溶液添加量（B）温度（C）pH（D）1100mL3mL40℃92150mL4mL50℃103200mL5mL60℃112.2.5静态吸附每个吸附剂样品称量0.10g左右，记录具体数值（精确至0.0001g），并将样品转移至250mL碘量瓶中。量取200mg/L铅溶液150mL（pH5.00）加入碘量瓶中，盖上瓶塞。将所有碘量瓶放入恒温振荡器，设定温度和转速到相应条件，振荡2h。反应结束后取适量溶液于15mL离心管中，4000rpm离心10min。用移液枪吸取1000μL上清液，转移入10mL具塞刻度试管内，加纯水定容至10mL，摇匀[25]。另取一10mL具塞刻度试管，加入1000μL铅溶液，定容至10mL，做空白实验。使用原子吸收分光光度计测定上述各样品及空白对照的吸光度，获得各组条件吸光度与相应条件的变化关系。固液比对吸附率的影响分别称量吸附剂样品0.20g、0.50g、1.00g、1.50g、2.00L、2.50g、3.00g、3.50g、4.0g左右，记录具体数值（精确至0.0001g），并将样品转移至250mL碘量瓶中。量取200mg/L铅溶液150mL（pH5.00）加入碘量瓶中，盖上瓶塞。将所有碘量瓶放入恒温振荡器，设定温度和转速到相应条件，振荡2h。反应结束后取适量溶液于15mL离心管中，4000rpm离心10min。用移液枪吸取1000μL上清液，转移入10mL具塞刻度试管内，加纯水定容至10mL，摇匀。另取一10mL具塞刻度试管，加入1000μL铅溶液，定容至10mL，做空白实验。使用原子吸收分光光度计测定上述各样品及空白对照的吸光度，获得各组条件吸光度与相应条件的变化关系。pH值对吸附率的影响每个吸附剂样品称量0.10g左右，记录具体数值（精确至0.0001g），并将样品转移至250mL碘量瓶中。量取200mg/L铅溶液150mL（pH=1.00、2.00、3.00、4.00、5.00）加入碘量瓶中，盖上瓶塞。将所有碘量瓶放入恒温振荡器，设定温度和转速到相应条件，振荡2h。反应结束后取适量溶液于15mL离心管中，4000rpm离心10min。用移液枪吸取1000μL上清液，转移入10mL具塞刻度试管内，加纯水定容至10mL，摇匀。另取一10mL具塞刻度试管，加入1000μL铅溶液，定容至10mL，做空白实验。使用原子吸收分光光度计测定上述各样品及空白对照的吸光度，获得各组条件吸光度与相应条件的变化关系。重金属离子浓度对吸附率的影响每个吸附剂样品称量0.10g左右，记录具体数值（精确至0.0001g），并将样品转移至250mL碘量瓶中。量取10mg/L、20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L铅溶液150mL（pH5.00）加入碘量瓶中，盖上瓶塞。将所有碘量瓶放入恒温振荡器，设定温度和转速到相应条件，振荡2h。反应结束后取适量溶液于15mL离心管中，4000rpm离心10min。用移液枪吸取1000μL上清液，转移入10mL具塞刻度试管内，加纯水定容至10mL，摇匀。另取一10mL具塞刻度试管，加入1000μL铅溶液，定容至10mL，做空白实验。使用原子吸收分光光度计测定上述各样品及空白对照的吸光度，获得各组条件吸光度与相应条件的变化关系。（4）吸附时间对吸附率的影响每个吸附剂样品称量0.10g左右，记录具体数值（精确至0.0001g），并将样品转移至250mL碘量瓶中。量取200mg/L铅溶液150mL（pH5.00）加入碘量瓶中，盖上瓶塞。将所有碘量瓶放入恒温振荡器，设定温度和转速到相应条件，振荡1、3、5、7、9、12、15、20、30、60、90、120、150、180min。反应结束后取适量溶液于15mL离心管中，4000rpm离心10min。用移液枪吸取1000μL上清液，转移入10mL具塞刻度试管内，加纯水定容至10mL，摇匀。另取一10mL具塞刻度试管，加入1000μL铅溶液，定容至10mL，做空白实验。使用原子吸收分光光度计测定上述各样品及空白对照的吸光度，获得各组条件吸光度与相应条件的变化关系。吸附率计算公式：（式2.1）吸附量计算公式：（式2.2）式中：—吸附前的溶液中Pb2+浓度，mg/L；—吸附后的溶液中Pb2+浓度，mg/L；—添加的溶液体积，mL；—添加的甘蔗渣生物吸附剂质量，g；—甘蔗渣生物吸附剂对重金属离子的吸附量，mg/g。3结果与分析3.1标准工作曲线的绘制按表2-1的工作参数，用原子吸收分光光度计分别测定标准系列溶液的吸光度和其空白溶液的吸光度。所作该表横坐标是质量浓度(c)、纵坐标是吸光度(A)，作出如下所示的标准工作曲线。图3-1Pb的标准工作曲线表3-1回归方程、相关系数和线性范围元素线性回归方程线性相关系数线性范围/(mg/L)PbA=0.0281×c+0.00630.99941.0～12由表3-1得，在适当的范围内，Pb+的质量浓度与吸光度呈现出了比较良好的性关系（相关系数均大于0.999）。3.2甘蔗渣生物吸附剂的制备3.2.1次氯酸钠添加体积对吸附性能的影响次氯酸钠添加体积的影响如图3-2所示。11223344556677889910101111121213131414151516161718图3-2次氯酸钠添加体积的影响保持其他条件不变的前提下，次氯酸钠添加体积对吸附率影响不大，在次氯酸钠添加体积在0到3mL时，生物吸附剂的吸附效率缓慢提高，在3mL时达到峰值。当次氯酸钠添加量超过3mL后，其吸附率随着添加体积的增加而逐渐降低。由多次实验和研究可知，在制备过程中，当次氯酸钠的添加体积在3mL左右时，生物吸附剂的吸附率较好。3.2.2改性体积对吸附性能的影响改性体积的影响如图3-3所示。图3-3改性体积的影响甘蔗渣生物吸附剂在制备的过程中，在其他条件不变的前提下，当改性溶液添加量在50mL到200mL范围内时，该生物吸附剂的吸附率随着改性溶液添加体积的增加而逐渐提高，在200mL左右时达到最佳效果，在此之后继续增加改性溶液添加体积，该生物吸附剂的吸附率反而迅速下降，即改性溶液添加量过量后对吸附率影响较大。因此在制备该生物吸附剂时，应调整改性溶液添加量为200mL时较为适宜。3.2.3反应温度对吸附性能的影响反应温度的影响如图3-4所示。图3-4反应温度的影响甘蔗渣生物吸附剂在制备的过程中，在其他条件不变的前提下，当整个过程反应温度在20℃到40℃范围内时，该生物吸附剂的吸附率随着反应温度的增加而逐渐提高，在40℃左右时达到最佳效果，在此之后继续提高反应温度，该生物吸附剂的吸附率反而逐渐缓慢下降，即若反应过程中温度过高反而会抑制该生物吸附剂对重金属离子的吸附作用。因此在制备该生物吸附剂时，应维持反应温度为40℃时较佳。3.2.4反应溶液Ph对吸附性能的影响反应溶液Ph的影响如图3-5所示。图3-5反应溶液Ph的影响保持其他变量一定的前提下，甘蔗渣生物吸附剂的吸附率随着反应溶液pH的增高而提升，在反应溶液PH为11时到达峰值，此时持续增加反应溶液pH，吸附效率出现缓慢下降的情况，因此据此研究可知，在制备甘蔗渣生物吸附剂时，溶液越碱性，对生物吸附剂的吸附率就越有利，而在反应溶液pH处于11时，能达到最佳条件。3.2.5正交实验试验结果如表3-1、3-2所示。表3-1正交试验结果试验号ABCD吸附量mg/g11111102.832122295.093133385.834212399.695223186.776231293.947313289.0383213104.609332192.70表3-2正交试验结果分析ABCDK1283.74291.54301.36282.30K2280.40286.45287.48278.06K3286.33272.47261.42290.11k194.5897.18100.4594.10k293.4795.4895.8392.69k395.4490.1287.2196.70R5.9319.0739.9412.05Sj5.8968265.04395271.1818324.92292采用极差分析法，可得最优方案为A3B1C1D3，即改性溶液体积200mL,次氯酸钠溶液3mL，反应温度为40℃,反应pH为11。3.3甘蔗渣生物吸附剂对Pb2+的吸附性能3.3.1固液比对吸附性能的影响固液比的影响如图3-6所示。1234567889910101111121213131414151516161718图3-6固液比的影响在一定范围内，甘蔗渣生物吸附剂的吸附性能随着固液比的增加而增加。增加到一定量的时候，吸附性能逐渐趋于平缓，至几乎稳定在一个值而不在有大幅度的变化。当固体添加量在3.00g以内时，吸附性能不断提升，当添加量持续添加，吸附率到达峰值，趋于稳定，继续添加生物吸附剂的质量，吸附率不再有变化。3.2.2pH对吸附性能的影响溶液pH的影响如图3-7所示。9123456911111314图3-7溶液pH的影响在保持其他因素不变的前提下，当制备生物吸附剂改性过程中，pH在2以内时，吸附性能较差；pH在2-3时，吸附性能迅速提高；pH在3-5时，吸附性能渐趋平稳。3.2.3重金属离子浓度对吸附性能的影响重金属离子浓度的影响如图3-8所示。图3-8重金属离子浓度的影响在其他因素不变的情况下，当重金属离子溶液的初始浓度在0到10mg/L范围内时，甘蔗渣生物吸附剂对Pb2+离子的吸附率骤然提升，变化幅度较大即影响较大；在初始浓度处于10mg/L到70m/L范围内时，其吸附率的变化不大，吸附效率缓慢提升，随之最后趋于几乎不变。3.2.4吸附时间对吸附性能的影响吸附时间的影响如图3-9所示。图3-9吸附时间的影响在保持其他条件不变的前提下，吸附时间对甘蔗渣生物吸附剂的吸附效率影响较大，在0到20min内，甘蔗渣生物吸附剂的吸附效率随时间的增加而迅速增加，说明吸附效率相对较快，而在超过20min后，逐渐稳定，不再有较大的变化，说明当吸附时间大于20min后，吸附时间的影响并不大。结论本文以甘蔗渣为原料，采用TEMPO氧化体系对其氧化改性，制得氧化改性吸附剂，并测定其吸附性能。制备过程通过单因素实验分析了次氯酸钠添加量、改性体积、反应温度、pH对制备效果的影响，随后通过正交实验确定最佳的制备条件为样品原料50g，次氯酸钠3.00mL，改性溶液体积200mL，反应温度40℃,反应pH=10。静态吸附，单因素条件下①吸附率随生物吸附剂的添加量的增加而增加，当添加量达到3.00g左右时，效果最佳。若继续增加，则不再出现太大改变；②仅改变反应溶液pH时，当重金属离子溶液pH控制在1-2时，吸附效较差；当pH在2-3时，铅离子被迅速吸附；此时仍提升PH，则几乎没有太大影响。③重金属离子溶液的初始浓度在0到10mg/L范围内时，生物吸附剂对Pb2+离子的吸附率骤然提升，当初始浓度处于10mg/L到70m/L范围内时，其吸附率缓慢提升，随之趋于平缓。④在前20分钟,铅离子被迅速吸附,20分钟时效果最佳，继续延长反应时间，吸附率则不在增长，趋于稳定。参考文献[1]陈文轩,李茜,王珍,孙兆军中国农田土壤重金属空间分布特征及污染评价[J].环境科学.

2020(06)[2]王秀,王振祥,潘宝,周春财,刘桂建.南淝河表层水中重金属空间分布、污染评价及来源[J].长江流域资源与环境.

2017(02)[3]冯永杰重金属污染土壤修复技术研究的现状与展望[J].环境与发展.

2020(04)[4]DemirAydeniz,PamukcuSibel,ShresthaReenaAmatya.SimultaneousRemovalofPb,Cd,andZnfromHeavilyContaminatedMineTailingSoilUsingEnhancedElectrochemicalProcess[J].EnvironmentalEngineeringScience.2015(5)[5]M.T.HSiddiqui,SabzoiNizamuddin,HumairAhmedBaloch,N.M.Mubarak,MahaAl-Ali,ShaukatAMazari,A.WBhutto,RashidAbro,MadapusiSrinivasan,GregoryGriffin.Fabricationofadvancemagneticcarbonnano-materialsandtheirpotentialapplications:Areview[J].JournalofEnvironmentalChemicalEngineering.2018[6]贾启华,许晓娟,高丹,张学彬.玉米芯吸附去除废水中重金属的研究进展[J].现代化工.

2019(10)[7]贾丹,王丽敏,黄进文.玉米芯生物炭对水中Pb（II）的吸附[J].粮食与油脂.

2019(02)[8]García-GarcíaJD,Sánchez-ThomasR,Moreno-SánchezR.Bio-recoveryofnon-essentialheavymetalsbyintra-andextracellularmechanismsinfree-livingmicroorganisms[J].BiotechnologyAdvances,2016,34(5):859-873.[9]蒋承武.食品中重金属元素检测方法研究进展[J].食品安全导刊.

2017(36)[10]王彧.重金属废水治理方法的研究进展[J].山西建筑.2016.42(24):189-190.[11]刘军.浮选法操作在废水处理中的应用进展[J].节能保护.2016.4:8-10.[12]DeepakPathania,GauravSharma,RinkuThakur.Pectin@zirconium（IV）silicophosphatenanocompositeionexchanger:Photocatalysis,heavymetalseparationandantibacterialactivity[J].ChemicalEngineeringJournal.2015[13]YongqingZhang,HienPhuongTran,XiaodongDu,ImtyazHussain,ShaobinHuang,ShaoqiZhou,WilliamWen.Efficientpyriteactivatingpersulfateprocessfordegradationofp-chloroanilineinaqueoussystems:Amechanisticstudy[J].ChemicalEngineeringJournal.2017[14]卢致明,韩彬,张亮亮,李前进.生物制剂在多金属选矿废水处理的应用研究[J].世界有色金属.

2019(06)[15]GaniyuAbimbolaAdebisi,Zaira,ZamanChowdhury,PeterAdeniyiAlaba.Equilibrium,kinetic,andthermodynamicstudiesofleadionandzincionadso