高国振，李金轩，李小燕，李 寻，王长柏，贺彩婷

（东华理工大学 核资源与环境省部共建国家重点实验室培育基地，江西 南昌 330013）

材料与药剂

纳米零价铁/玉米淀粉的制备及其对Pb2+的吸附

高国振，李金轩，李小燕，李 寻，王长柏，贺彩婷

（东华理工大学 核资源与环境省部共建国家重点实验室培育基地，江西 南昌 330013）

以玉米淀粉为载体，采用液相还原法制备纳米零价铁/玉米淀粉，并用于溶液中Pb2+的去除。采用SEM技术对吸附材料进行了表征。考察了溶液pH、纳米零价铁/玉米淀粉加入量、初始Pb2+质量浓度、反应时间等因素对Pb2+吸附效果的影响。表征结果显示，纳米零价铁/玉米淀粉球体间主要呈链状连接，不仅保持了纳米零价铁的特性，且颗粒的团聚现象明显减少。实验结果表明，在溶液pH 7.0、纳米零价铁/玉米淀粉加入量0.8 g/L、初始Pb2+质量浓度50 mg/L、反应时间60 min的条件下，纳米零价铁/玉米淀粉对Pb2+具有较好的吸附效果，Pb2+去除率为93.17％、吸附量为47.27 mg/g。

纳米零价铁；玉米淀粉；负载；铅离子；吸附剂

Pb及其化合物是不可降解的环境污染物。它们性质稳定，可随废水、废气和废渣大量流入环境中，产生污染，危害人体健康［1］。因此，Pb2+污染环境的修复技术受到了人们的广泛关注［2-3］。自20世纪80年代末有关于零价铁可还原去除水溶液中氯代有机物的报道［4］以来，利用零价铁处理水体污染物已成为近年来的热门研究领域［5-6］。Ponder等［7］的实验结果表明，纳米零价铁（NZVI）颗粒不仅具有零价铁的特性，而且比普通零价铁具有更大的比表面积、更高的反应活性和更强的吸附性。研究结果表明，将NZVI固定在某些特定的载体上制成负载型的NZVI，可有效防止粒子的团聚，提高反应活性［8-9］。玉米淀粉具有无毒、廉价易得、可生物降解和无二次污染等特点，是一种环境友好型的材料。

本工作以玉米淀粉为载体，采用液相还原法，将NZVI负载于玉米淀粉上，制备出一种新型的复合材料——NZVI/玉米淀粉，并用于溶液中Pb2+的去除。考察了溶液pH、NZVI/玉米淀粉加入量、初始Pb2+质量浓度、反应时间等因素对吸附效果的影响，以期为含Pb2+废水的处理提供参考。

1 实验部分

1.1 试剂、材料和仪器

Pb（NO3）2、FeCl3·6H2O、KBH4、HNO3、NaOH、无水乙醇：分析纯。

玉米淀粉：食品级。

THZ82A型恒温水浴振荡器：江苏金坛仪器厂；NNS-450型场发射扫描电子显微镜：捷克FEI有限公司；WFX-120型原子吸收分光光度计：北京瑞利分析仪器公司；PHS3C型酸度计：上海雷磁仪器厂。

1.2 NZVI/玉米淀粉的制备

将2.1 g玉米淀粉与50 mL浓度为0.5 mol/L的FeCl3·6H2O溶液混合。再将悬浮液与浓度为2.0 mol/L的KBH4溶液按照体积比为1∶1混合，搅拌至无气泡冒出。用磁选法选出NZVI/玉米淀粉粗品，依次用去离子水和无水乙醇洗涤3次，在真空干燥箱中于80 ℃下烘干，备用。

1.3 Pb2+的吸附实验

取50 mL一定质量浓度的Pb（NO3）2溶液，置于250 mL的锥形瓶中，加入一定量的NZVI/玉米淀粉，用0.5 mol/L的HNO3溶液或NaOH溶液调节溶液pH。将锥形瓶置于恒温水浴振荡器中，在室温下，以150 r/min的振荡速率吸附一定时间。吸附后溶液以4 000 r/min的转速离心5 min，取上清液进行分析。

1.4 分析方法

对NZVI和NZVI/玉米淀粉的结构和形貌进行SEM表征；采用原子吸收分光光度计测定溶液的吸光度，计算Pb2+质量浓度、吸附量和去除率。

2 结果与讨论

2.1 表征结果

NZVI和NZVI/玉米淀粉的SEM照片见图1。由图1可见，NZVI的平均粒径小于100 nm，呈球形或椭球形，大量的颗粒聚集成堆。这主要是由于磁性纳米粒子受地球磁场磁力、小粒子间的静磁力及表面张力的共同作用，易发生团聚［10］。由图1还可见，NZVI/玉米淀粉球体间主要呈链状连接，团聚现象明显减少。这有利于提高NZVI的反应活性，进而提高NZVI/玉米淀粉的吸附效果。

图1 NZVI和NZVI/玉米淀粉的SEM照片

2.2 溶液pH对Pb2+吸附效果的影响

在NZVI/玉米淀粉加入量0.2 g/L、初始Pb2+质量浓度50 mg/L、反应时间30 min的条件下，溶液pH对Pb2+吸附效果的影响见图2。由图2可见：随溶液pH的增大，Pb2+的去除率和吸附量逐渐增加；当溶液pH达到7.5后，Pb2+的去除率和吸附量的增长趋势不再明显。Pb2+在碱性条件下与过量的NaOH生成Pb（OH）4-，残留在溶液中。此外，过量的NaOH还会产生二次污染，从而丧失了水处理的意义［11］。因此，综合考虑NZVI/玉米淀粉对Pb2+的吸附效果和环境承载力，选择溶液pH为7.0较适宜。

图2 溶液pH对Pb2+吸附效果的影响

2.3 初始Pb2+质量浓度对Pb2+吸附效果的影响

在溶液pH 7.0、NZVI/玉米淀粉加入量0.8 g/L、反应时间60 min的条件下，初始Pb2+质量浓度对Pb2+吸附效果的影响见图3。由图3可见：随初始Pb2+质量浓度的增加，Pb2+去除率逐渐下降，吸附量逐渐增加；当初始Pb2+质量浓度为60 mg/L时，吸附量达到最大值。当初始Pb2+质量浓度较低时，溶液中NZVI/玉米淀粉相对过量，吸附剂的表面积较大，吸附反应的活性位点较多，Pb2+能与NZVI/玉米淀粉充分接触并发生反应，故Pb2+去除率较高；当初始Pb2+质量浓度较高时，NZVI/玉米淀粉的吸附反应活性位点相对减少，导致Pb2+去除率下降［12］。综合考虑Pb2+的去除率和吸附量，选择初始Pb2+质量浓度为50 mg/L较适宜。

图3 初始Pb2+质量浓度对Pb2+吸附效果的影响

2.4 反应时间对Pb2+吸附效果的影响

在溶液pH 7.0、NZVI/玉米淀粉加入量0.8 g/L、初始Pb2+质量浓度50 mg/L的条件下，反应时间对Pb2+吸附效果的影响见图4。

图4 反应时间对Pb2+吸附效果的影响

由图4可见：随反应时间的延长，Pb2+的去除率和吸附量均逐渐增加；在反应的初始阶段，Pb2+的去除率和吸附量的增幅较明显；当吸附时间为60 min时，Pb2+的去除率和吸附量基本达到平衡；继续延长反应时间，Pb2+的去除率和吸附量基本维持不变。因此，选择反应时间为60 min较适宜。

2.5 NZVI/玉米淀粉加入量对Pb2+吸附效果的影响

在溶液pH 7.0、初始Pb2+质量浓度50 mg/L、反应时间60 min的条件下，NZVI/玉米淀粉加入量对

Pb2+吸附效果的影响见图5。由图5可见：随加入量的增加，Pb2+去除率逐渐增加，吸附量逐渐降低；

当加入量为0.8 g/L时，Pb2+去除率达到93.17％、吸附量为47.27 mg/g；继续增大加入量，去除率增加不明显，吸附量持续下降。改变加入量相当于改变吸附剂的表面积浓度，表面积浓度越大，反应速率越快，去除率也越高；但随加入量的增大，NZVI/

玉米淀粉浓度逐渐增大，吸附量下降［13］。综合考虑，选择NZVI/玉米淀粉加入量为0.8 g/L较适宜。

● 去除率；■ 吸附量

3 结论

a）在溶液pH 7.0、NZVI/玉米淀粉加入量0.8 g/L、初始Pb2+质量浓度50 mg/L、反应时间60 min的条件下，NZVI/玉米淀粉对Pb2+具有较好的吸附效果，Pb2+去除率为93.17％、吸附量为47.27 mg/g。

b）表征结果显示，NZVI能有效负载于玉米淀粉之上，NZVI/玉米淀粉球体间主要呈链状连接，不仅保持了NZVI的特性，而且有效解决了NZVI易团聚、易氧化的问题，提高了NZVI的反应活性，进而提高了NZVI/玉米淀粉的吸附效果。

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（编辑 王 馨）

·专利文摘·

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Preparation of Nano Zero-valent Iron/Cornstarch and Adsorption of Pb2+

Gao Guozhen，Li Jinxuan，Li Xiaoyan，Li Xun，Wang Changbai，He Caiting
（State Key Laboratory Breeding Base of Nuclear Resources and Environment，East China Institute of Technology，Nanchang Jiangxi 330013，China）

Nano zero-valent iron/cornstarch（NZVI/Cornstarch）for removal of Pb2+from solution was prepared by liquid phase reduction method using cornstarch as carrier，and characterized by SEM.The factors affecting Pb2+adsorption were studied.The characterization results show that the NZVI/Cornstarch balls are interconnected in chain shape，which not only retains the characteristics of NZVI，but also reduces the aggregation of the pellets signif cantly.The experimental results show that under the conditions of solution pH 7.0，NZVI/Cornstarch dosage 0.8 g/L，initial Pb2+mass concentration 50 mg/L and reaction time 60 min， the NZVI/Cornstarch has an excellent adsorption effect on Pb2+，the Pb2+removal rate and the adsorption capacity are 93.17％ and 47.27 mg/g respectively.

nano zero-valent iron；cornstarch；loading；lead ion；adsorbent

TQ138.1

A

1006 - 1878（2014）04 - 0376 - 04

2013 - 12 - 03；

2014 - 03 - 21。

高国振（1989—），男，天津市人，硕士生，研究方向为废水处理与废物资源化利用。电话 18107942490，电邮gaoguozhen1989@foxmail.com。

国家自然科学基金项目（11205030，41201500）；核资源与环境省部共建国家重点实验室项目（NRE1320）；放射性地质勘探与技术国防重点学科实验室项目（2011RGET06，REGT1220）。