柠檬酸改性甘蔗渣对重金属吸附及再生性能研究

潘沛玲

(肇庆医学高等专科学校，广东 肇庆 526200)

近几年，将废弃农产品打造成吸附剂对重金属进行吸附逐渐引起广泛关注，甘蔗渣是具有代表性的废弃农产品。作为符合可再生条件的生物资源，甘蔗渣通常含有大量木质素、纤维素及半纤维素等较为稳定的成分，具备制成吸附剂的条件。目前，大量排放的含重金属废水给环境带来了严重污染，尤其是铬、镉等拥有显著生物毒性的元素，该类元素生物降解难度大。经柠檬酸改性的甘蔗渣表面官能团更加丰富，吸附作用明显提升，可实现对重金属物质的动态化吸收[1]。

本文选择甘蔗渣为核心基质，利用柠檬酸对其进行改性处理获得全新吸附剂，以重金属废水为研究主体对最佳吸附条件进行探究。

1 实验部分

1.1 实验仪器

分光光度计、磁力搅拌器、热分析仪、恒温水浴锅及干燥箱，宇隆仪器公司(上海)；循环真空泵，鹰迪仪器设备公司(上海)；TG-DSC表征采用耐驰科学仪器公司生产的STA449-F3型同步热分析仪；SEM表征采用德国蔡司公司EVO18型扫描电镜；红外表征采用日本岛津公司MPIR8400S型红外光谱仪。

1.2 实验材料

将甘蔗渣浸入蒸馏水内煮沸50 min，然后用去离子水对甘蔗渣进行反复浸泡，烘箱中100 ℃烘干，利用粉碎机做粉碎处理[2]。取甘蔗渣12 g，利用200 mL浓度1.2 mol·L-1的柠檬酸溶液浸泡和搅拌1 h后，将柠檬酸去除。利用蒸馏水对甘蔗渣进行清洗，置于(100～120) ℃下经过12 h烘干，得到柠檬酸改性甘蔗渣。

1.3 实验流程

将重金属离子融入去离子水中形成所需溶液，根据实验要求确定溶液稀释的具体数值，采用分光度计测量连续吸收光谱，确定波长最大值。然后利用光度计，对不同浓度溶液处于最大波长时的吸光度进行测量。最后，取一定量溶液，置于锥形瓶内，利用盐酸/氨水对溶液pH值进行调节，加入柠檬酸改性甘蔗渣，放入水浴锅内，在一定时间和温度下完成吸附实验，按照下式计算吸附率：

吸附率=(1-AC/AO)×100%

式中，AC为吸附后溶液吸光度，AO为吸附前溶液吸光度。

2 结果与讨论

2.1 吸附影响因素

考察pH值、吸附时间、吸附温度、吸附剂用量对改性甘蔗渣吸附性能的影响，结果见表1。从表1可以看出，改性甘蔗渣吸附重金属的最佳条件为吸附温度50 ℃；吸附时间30 min；甘蔗渣用量0.5 g。

表1 不同因素对改性甘蔗渣吸附性能的影响Table 1 Influence of different factors on adsorption properties of modified bagasse

此外，在相同条件下，对未改性甘蔗渣、改性甘蔗渣的吸附性能进行考察，结果表明，在浓度固定的重金属溶液中，分别加入0.5 g未改性甘蔗渣和0.5 g改性甘蔗渣，未改性甘蔗渣的吸附率为43%，改性甘蔗渣的吸附率为90%。由此可见，改性甘蔗渣更适合对重金属进行吸附。

2.2 TG-DSC

对甘蔗渣改性前后进行热重分析，结果如图1所示。由图1可以看出，在温度未达到250 ℃时，未改性甘蔗渣和改性甘蔗渣失重不明显，当温度到达250 ℃后，失重较为直观，这主要是由于高温使甘蔗渣含有的半纤维素与纤维素裂解。待温度上升到300 ℃，未改性甘蔗渣的残留质量83%，改性甘蔗渣的残留质量仅有78%，这也从侧面表明改性甘蔗渣的内部较未改性甘蔗渣更为疏松，一旦外界环境快速上升，就会出现明显的失重情况。

图1 甘蔗渣改性前后TG-DSC曲线Figure 1 TG-DSC curves of bagasse before and after modification

2.3 SEM

甘蔗渣改性前后的SEM照片如图2所示。由图2可知，经柠檬酸改性后的甘蔗渣拥有更为粗糙的表面，有大量微孔结构存在，增加了比表面积，能提供结合位点的数量增加。

图2 甘蔗渣改性前后的SEM照片Figure 2 SEM images of bagasse before and after modification

2.4 IR

甘蔗渣改性前后的IR谱图如图3所示。由图3可知，改性后的甘蔗渣红外光谱图有两个新峰出现，分别在1 240 cm-1、1 060 cm-1，归属为羧酸根不对称、伸缩吸收峰[4]。由此可见，利用柠檬酸对甘蔗渣进行改性处理，增加了甘蔗渣表面羧基官能团的数量，活性位点的数量随之增加。因此吸附剂吸附重金属的容量也得到显著提高。

图3 甘蔗渣改性前后的红外光谱图Figure 3 Infrared spectra of bagasse before and after modification

2.5 再生性能

以EDTA为洗脱剂，对吸附重金属的改性甘蔗渣进行多次吸附/解吸实验，结果表明，吸附量所受损失较小，此外，重金属回收率均超过了90%。由此可见，改性甘蔗渣的再生性能较为突出，利用其对重金属废水进行处理，在降低成本的基础上，降低环境被污染的可能性。

3 结 论

利用改性甘蔗渣制备吸附剂，采用柠檬酸改性后可将大量羧基官能团引入甘蔗渣内部，增加甘蔗渣表面活性位点的数量，赋予吸附剂更为理想的吸附能力。在各项条件均达到理想状态的前提下，甘蔗渣对重金属的吸附率得到显著提高。