董颖博等：酒糟对模拟矿山酸性废水中P%2·和Z2·的吸附特征 ·435 0.9 0.8 0.7 6 0.6 0.5 4 3 0.3 Zn 0.2 0.1 P2+ 2 3”4"5” 6 PH 不同浓度组合 图1pH值对酒糟吸附P%2·和Zm2·的影响 图2P%2+和Z2·初始质量浓度对酒糟吸附效果的影响 Fig.1 Effect of pH values on adsorption of Pband Zn2 by lees Fig.2 Effect of initial mass concentration on the adsorption effect by lees Z2·的吸附量呈现先快速上升后平缓下降的趋势.当 吸附剂表面的活性位点，一部分离子参与吸附剂表面 pH值在1~4变化时，酒糟对P%2+和Z2+的吸附量增 水合离子的竞争吸附作用，此时Pb2·和Z2+的竞争吸 长较快.例如，pH值为1时，酒糟对Ph2·和Zn2·的吸 附能力被分散，所以酒糟对两种离子的吸附量相差不 附量分别仅为0.05mg'g和0.03mg°g:当pH增高 明显 至4时，酒糟对P%2·和Zm2·的吸附量分别达到最高值 2.3.3吸附时间的影响 0.4mgg和0.79mg‘g.分析原因为，在强酸性溶 吸附时间对吸附材料的处理效果也具有重要影 液中，电荷排斥力占主导地位，酒糟表面的一OH质子 化带正电，与P%2*和Zm2·的静电排斥作用力抑制酒糟 响，吸附时间不足使吸附不能达到平衡，影响处理效 果.图3为吸附时间对酒糟吸附P2·和Z2+的影 对两种离子的吸附.随着pH值的升高，离子交换作用 响结果.可以看出，在1h内酒糟对Ph2+和Zn2·的吸 增强，P%2和Z2逐渐取代酒糟表面的H*,并生成表 面羟基络合物，从而吸附量逐渐增大☒.但是，pH值 附量随时间延长迅速增加，在1~4h间增加平缓，4h 后吸附达到饱和，吸附量基本不随时间发生变化. 超过4时，吸附量平缓下降，这可能是由电荷吸引与排 0.9 斥作用力、离子交换和表面络合等作用共同造 0.8 成的0 0.7 2.3.2重金属初始质量浓度的影响 0.6 图2为不同Ph2+和Z2+初始质量浓度对酒糟吸 0.5 附P%2·和Zm2·的影响结果.由图2可知，酒糟对P2 0.4 和Z2+的吸附量随着初始质量浓度的增加逐渐升高. 0.3 0.2 当P%2◆质量浓度由10mgL增加到350mgL时，酒 01 糟对P%2◆的吸附量由0.24mg·g升高到7.56mg· g:Zn2*质量浓度由20mgL增加到400mgL时， 1015 2025 吸附时间 酒糟对Zn2·的吸附量由0.82mgg升高到7.82mg g.原因可能是较高的重金属离子初始质量浓度可 图3吸附时间对酒糟吸附P%2+和Z2+的影响 Fig.3 Effect of time on Pb2+and Zn2'adsorption by lees 以减小吸附剂与吸附质之间的传质阻力，增加吸 附量国， 2.4吸附机理探讨 从图2还可以看出，金属离子浓度较低时，酒糟对 2.4.1酒糟化学成分变化 Zm2·的吸附量明显大于P2·.当P2+质量浓度超过 图4为吸附Pb2◆和Zm2·前后酒糟中纤维素、半纤 80mgL和Zm2+质量浓度超过100mgL时，酒糟对 维素和木质素质量分数变化.由图4可知，吸附前酒 两种离子的吸附量相差不大.当水分子与无机阴离子 糟中纤维素、半纤维素和木质素的质量分数分别为 或表面活性分子共存时，就会发生它们与水分子的竞 23.3%、65.5%和0.5%，吸附P%2+和Zm2+后3种成分 争吸附，从而取代部分水分子.当Ph2·和Z2·质量浓 的质量分数分别为19.6%、42.3%和2.6%，表明酒糟 度较小时，主要是两种离子与吸附剂表面水分子的竞 吸附Pb2·和Z2+后，酒糟中纤维素、半纤维素和木质 争吸附作用，且Zm2+的竞争作用强于P2+:当 素含量较吸附Pb2+和Zm2·前发生变化.纤维素是大 Ph2·、Zn2+质量浓度较高时，一部分P%2◆和Zm2·竞争 分子多糖，半纤维素主要包括葡萄糖、木糖、半乳糖等，董颖博等: 酒糟对模拟矿山酸性废水中 Pb2 + 和 Zn2 + 的吸附特征 图 1 pH 值对酒糟吸附 Pb2 + 和 Zn2 + 的影响 Fig． 1 Effect of pH values on adsorption of Pb2 + and Zn2 + by lees Zn2 + 的吸附量呈现先快速上升后平缓下降的趋势． 当 pH 值在 1 ～ 4 变化时，酒糟对 Pb2 + 和 Zn2 + 的吸附量增 长较快． 例如，pH 值为 1 时，酒糟对 Pb2 + 和 Zn2 + 的吸 附量分别仅为 0. 05 mg·g － 1 和 0. 03 mg·g － 1 ; 当 pH 增高 至 4 时，酒糟对 Pb2 + 和 Zn2 + 的吸附量分别达到最高值 0. 4 mg·g － 1 和 0. 79 mg·g － 1 ． 分析原因为，在强酸性溶 液中，电荷排斥力占主导地位，酒糟表面的—OH 质子 化带正电，与 Pb2 + 和 Zn2 + 的静电排斥作用力抑制酒糟 对两种离子的吸附． 随着 pH 值的升高，离子交换作用 增强，Pb2 + 和 Zn2 + 逐渐取代酒糟表面的 H + ，并生成表 面羟基络合物，从而吸附量逐渐增大［12］． 但是，pH 值 超过 4 时，吸附量平缓下降，这可能是由电荷吸引与排 斥 作 用 力、离子交换和表面络合等作用共 同 造 成的［11］． 2. 3. 2 重金属初始质量浓度的影响 图 2 为不同 Pb2 + 和 Zn2 + 初始质量浓度对酒糟吸 附 Pb2 + 和 Zn2 + 的影响结果． 由图 2 可知，酒糟对 Pb2 + 和 Zn2 + 的吸附量随着初始质量浓度的增加逐渐升高． 当 Pb2 + 质量浓度由 10 mg·L － 1 增加到 350 mg·L － 1 时，酒 糟对 Pb2 + 的吸附量由 0. 24 mg·g － 1 升高到 7. 56 mg· g － 1 ; Zn2 + 质量浓度由 20 mg·L － 1 增加到 400 mg·L － 1 时， 酒糟对 Zn2 + 的吸附量由 0. 82 mg·g － 1 升高到 7. 82 mg· g － 1 ． 原因可能是较高的重金属离子初始质量浓度可 以减小 吸 附 剂 与 吸 附 质 之 间 的 传 质 阻 力，增 加 吸 附量［13］． 从图 2 还可以看出，金属离子浓度较低时，酒糟对 Zn2 + 的吸附量明显大于 Pb2 + ． 当 Pb2 + 质量浓度超过 80 mg·L － 1 和 Zn2 + 质量浓度超过 100 mg·L － 1 时，酒糟对 两种离子的吸附量相差不大． 当水分子与无机阴离子 或表面活性分子共存时，就会发生它们与水分子的竞 争吸附，从而取代部分水分子． 当 Pb2 + 和 Zn2 + 质量浓 度较小时，主要是两种离子与吸附剂表面水分子的竞 争 吸 附 作 用，且 Zn2 + 的 竞 争 作 用 强 于 Pb2 +［14］; 当 Pb2 + 、Zn2 + 质量浓度较高时，一部分 Pb2 + 和 Zn2 + 竞争 图 2 Pb2 + 和 Zn2 + 初始质量浓度对酒糟吸附效果的影响 Fig． 2 Effect of initial mass concentration on the adsorption effect by lees 吸附剂表面的活性位点，一部分离子参与吸附剂表面 水合离子的竞争吸附作用，此时 Pb2 + 和 Zn2 + 的竞争吸 附能力被分散，所以酒糟对两种离子的吸附量相差不 明显［14］． 2. 3. 3 吸附时间的影响 吸附时间对吸附材料的处理效果也具有重要影 响，吸附时间不足使吸附不能达到平衡，影响处理效 果［15］． 图 3 为吸附时间对酒糟吸附 Pb2 + 和 Zn2 + 的影 响结果． 可以看出，在 1 h 内酒糟对 Pb2 + 和 Zn2 + 的吸 附量随时间延长迅速增加，在 1 ～ 4 h 间增加平缓，4 h 后吸附达到饱和，吸附量基本不随时间发生变化． 图 3 吸附时间对酒糟吸附 Pb2 + 和 Zn2 + 的影响 Fig． 3 Effect of time on Pb2 + and Zn2 + adsorption by lees 2. 4 吸附机理探讨 2. 4. 1 酒糟化学成分变化 图 4 为吸附 Pb2 + 和 Zn2 + 前后酒糟中纤维素、半纤 维素和木质素质量分数变化． 由图 4 可知，吸附前酒 糟中纤维素、半纤维素和木质素的质量分数分别为 23. 3% 、65. 5% 和 0. 5% ，吸附 Pb2 + 和 Zn2 + 后 3 种成分 的质量分数分别为 19. 6% 、42. 3% 和 2. 6% ，表明酒糟 吸附 Pb2 + 和 Zn2 + 后，酒糟中纤维素、半纤维素和木质 素含量较吸附 Pb2 + 和 Zn2 + 前发生变化． 纤维素是大 分子多糖，半纤维素主要包括葡萄糖、木糖、半乳糖等， ·435·