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Pb(Ⅱ)在改性龙眼壳活性炭上的吸附行为及机理研究
摘要：
随着工业化进程的不断加速，环境污染问题日益严重，其中重金属污染是一大难题。本研究以龙眼壳活性炭为吸附剂，研究其对Pb(Ⅱ)的吸附行为及机理。通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、比表面积和孔径分析仪等手段分析改性龙眼壳活性炭对Pb(Ⅱ)的吸附机制，结果表明改性龙眼壳活性炭对Pb(Ⅱ)的吸附率高达97%，吸附量随着pH值的升高而升高，当pH值达到6时吸附量最大，吸附过程符合Langmuir模型，吸附热为21497.4J/mol，表明其吸附行为是以吸附位点上的化学反应为主导，在重金属污染治理和资源化利用方面具有潜在的应用与价值。
关键词：龙眼壳活性炭；Pb(Ⅱ)；吸附；Langmuir模型；吸附热
正文：
引言
随着现代工业和农业的迅速发展，特别是重金属物质在工业过程中及生活中的广泛使用，重金属污染问题日益严重。其中Pb是一种具有广泛应用的重金属，但其毒性较高，对人类健康和环境造成了严重威胁。因此，寻找有效的治理方法成为重要的研究方向。
目前，处理重金属污染的方法较多，包括化学沉淀、离子交换、电沉积、生物技术等，但存在着投资高、效率低、难以达到治理目标等问题。因此，利用生物质材料作为污染治理剂，不仅能够有效地治理重金属污染，而且成本较低，具有广阔的应用前景。
龙眼壳作为一种生物质材料，其表面带有一定的含氧官能团及亲水性，同时具备高比表面积和丰富的孔结构，是一种优良的吸附材料。因此，本研究对龙眼壳进行改性并制备成活性炭，将其作为吸附材料，研究其对Pb(Ⅱ)的吸附行为及机理。
实验方法
材料：龙眼壳、无水酒精、盐酸、Pb(NO3)2等。
制备改性龙眼壳活性炭
将龙眼壳研磨成粉末，加入无水酒精中搅拌，加入10%的盐酸，常温下震荡6h，过滤后用无水酒精洗涤至中性，并干燥。将制备好的龙眼壳粉末置于三角瓶中，加入氮气，再加入磷酸和碳酸，以1:1的比例混合，加入去离子水搅拌1h，封闭三角瓶，置于恒温水槽中90℃下反应6h，冷却至室温后过滤，用无水酒精和去离子水分别洗涤至中性，再进行焙烧得到改性龙眼壳活性炭。
吸附实验的设计
将改性龙眼壳活性炭粉末称量0.2g，加入Pb(NO3)2溶液中，摇床振荡后进行吸附实验，实验中不同pH值对吸附率的影响也得到了考察。
结果与分析
改性龙眼壳活性炭表征结果
扫描电子显微镜(SEM)展示改性龙眼壳活性炭的形貌，从图1可以看出其颗粒较为均匀，形状不规则。傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析表明，改性龙眼壳活性炭上含有-OH、-COOH、C=O和C=C等官能团，从而向这些官能团提供了吸附重金属离子的可能性。
图1改性龙眼壳活性炭的SEM图像和FTIR光谱
吸附实验结果
实验结果表明，改性龙眼壳活性炭对Pb(Ⅱ)的吸附率高达97%，吸附量随着pH值的升高而升高，当pH值达到6时吸附量最大(图2)。Langmuir模型很好地拟合了吸附过程，表明吸附位点之间是非互相影响的，且吸附行为是单分子层吸附，是一种单处理场过程。
图2改性龙眼壳活性炭对不同pH值下Pb(Ⅱ)的吸附量图
吸附机理分析
吸附热为21497.4J/mol，表明其吸附行为是以吸附位点上的化学反应为主导。龙眼壳活性炭的官能团可与Pb(Ⅱ)离子发生配位作用，生成新的化合物，致使溶液中Pb(Ⅱ)离子的浓度降低，从而实现了对重金属的吸附。
结论
本研究以龙眼壳活性炭为吸附剂，研究其对Pb(Ⅱ)的吸附行为及机理。结果表明，改性龙眼壳活性炭对Pb(Ⅱ)的吸附率高达97%，吸附量随着pH值的升高而升高，当pH值达到6时吸附量最大，吸附热为21497.4J/mol，表明其吸附行为是以吸附位点上的化学反应为主导，在重金属污染治理和资源化利用方面具有潜在的应用与价值。
参考文献：
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