夏伟钦++李豪鹏++虞家穗++许肯++刘志挺
摘 要：研究了板蓝根药渣活性炭对溶液中砷的吸附特性，结果表明：板蓝根药渣活性炭能快速大量地吸附砷，吸附率高达89.9%。溶液pH、温度、活性炭粒度是影响吸附的重要因素，其适宜的pH范围为3.0～4.0，温度在25℃左右，粒度在160～200目。通过对板蓝根采用物理化学联合活化法进行改性，能有效提高板蓝根药渣活性炭吸附砷的能力，对重金属砷吸附量大、选择性强。
关键词：板蓝根 药渣 活性炭 吸附 砷
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）08（b）-0132-02
重金属废水的处理方法有沉淀法、生物法和吸附法。沉淀法对于浓度低的重金属处理效果差，且需要大量沉淀剂，引起二次污染。生物法的机械强度弱，化学稳定性差，且不易回收。只有吸附法是去除废水重金属的良好方法。活性炭是一种优良的重金属吸附剂，其生产原料主要有木材、煤炭，但由于资源限制，目前已转向农业副产物如果壳、秸秆等，但数量仍然较少，尚不能满足市场对活性炭的需求。普通活性炭虽可用作重金属的吸附剂，但吸附量小，选择性差，且难以回收再利用。秦恒飞[1]、赵梅青[2]等分别用Na2S·HNO3和高锰酸钾处理活性炭，可以提高废水中重金属的去除率。但上述方法用到的强酸和强氧化剂也会污染环境，加上废水组成差异较大，一般活性炭难以对废水中重金属产生良好的选择性吸附效果。饱和吸附后的活性炭通过酸碱和高温处理，虽可再生，但造成活性炭结构破坏，吸附性能显著下降，且不能回收所吸附的重金属。
中药生产在我国制药工业中占重要地位，由于大多数中药属于植物类药材，中药生产一般采用溶剂提取活性成分后，将药渣废弃不用。大量中药渣采用传统的处理方法如焚烧、填埋或堆放，导致了资源浪费和环境污染。将中药废渣制成活性炭可以充分利用中药废弃资源，变废为宝。板蓝根是中国传统中药，历代本草有记载，是十字花科植物菘蓝的干燥根，具有清热解毒、凉血利咽等功效，用于流行性腮腺炎、风热感冒、红眼病、面部平疣、咽喉肿烂、肝炎等多种疾病的治疗，用量很大[3]。板蓝根药材资源仍属于资源消耗量大、利用效率和产出效益低、废物排放量大的传统生产方式，若能将其合理有效地加以利用，就能有效延伸资源经济产业链，提升资源利用效益，减轻生态压力，对绿色发展的现代经济社会可持续发展都将具有不可忽视的意义。板蓝根药渣富含大量纤维素、半纤维素、木质素等高分子和一定量的活化成分，因此能有效制备木炭，还可以通过改性剂来改性其吸附能力。本文研究板蓝根药渣活性炭对溶液中砷的吸附特性，为开发板蓝根药渣活性炭作为高效生物吸附剂提供理论依据和基础数据。
1 实验部分
1.1 试剂和仪器
浓硫酸、硝酸、盐酸、亚砷酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠均为分析纯。
主要仪器：PHS-30型酸度计、SBS-11S调速多用振荡器、极谱仪。
1.2 板蓝根药渣活性炭制备
将板蓝根药渣置于一个不锈钢反应器中加热到200℃恒温保持60min，再升温到1000℃保温45min，然后通入水蒸汽活化1h，所得样品加入体积分数50%的过氧化氢水溶液，加热至150℃氧化反应1h，再降温至65℃，加入甲基丙烯酸、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯及蒸馏水，搅拌均匀，恒温反应5h，烘干后即得所需改性活性炭。
1.3 吸附实验方法
在500mL三角瓶里加入2g板蓝根药渣活性炭，加入配制成一定浓度的NaAsO2溶液100mL，调节pH至所需值，放入摇床，在恒温下以120r/min的振荡频率振荡吸附一定时间，使其吸附至平衡后过滤，采用化学滴定法测定滤液中剩余砷的浓度。
1.4 吸附率和吸附量的计算
吸附率为R（%）=（1-c/c0）100%，吸附量为q（mg/g）= （c0-c）/m，其中c0为吸附前溶液中砷的浓度（mg/L），c为吸附后溶液中砷的浓度（mg/L），m为吸附剂的用量（g/L）。
2 结果和讨论
2.1 吸附时间对吸附效果的影响
吸附过程中砷浓度随时间的变化情况如表1所示。
表1表明，板蓝根药渣活性炭在吸附30min后最高吸附量为87.1%，说明吸附速度比较快，同时吸附可使溶液中的砷浓度降低到<0.2mg/L以下，吸附率可达89.8%以上。随着吸附时间的增长吸附量逐渐增大。在吸附进行2.5h后吸附量趋于平衡，吸附时间等于2.5h的吸附率与吸附3h后的相同，考虑吸附时间尽可能短，故吸附平衡时间定为2.5h。
2.2 pH对吸附效果的影响
pH对板蓝根药渣活性炭吸附砷的影响见表2，实验结果表明：在pH3.0～4.0时，板蓝根药渣活性炭对废水溶液中的砷有很高的吸附率，可达89.9%以上。不同pH时，活性炭对砷的吸附效果差异也较大。pH值为2.0～6.0时，吸附容量随pH值得变化规律是先增大后逐步平缓，当pH在3.0～4.0之间时，活性炭对砷的吸附则出现了一个“吸附平台”，即在这个pH范围内，吸附后溶液中的砷浓度变化不大，而且在这个“吸附平台”中溶液中的砷浓度值也最低，吸附率却最高。原因是有可能发生了吸附后的解吸现象。
2.3 溫度对吸附效果的影响
表3为不同温度时，板蓝根药渣活性炭吸附溶液中砷的吸附率结果。实验结果表明：在10℃～25℃的吸附率较高，而升高温度则吸附率有所降低，选择25℃左右的温度范围较为合适，其吸附效果也比较理想；在温度不大于30℃时，温度对吸附率的影响并不显著，但仍呈现随温度升高而下降的规律，溶液温度的升高会对活性炭吸附砷的能力产生抑制作用。另外，表中数据也说明低温有利于吸附而高温则有利于解吸，从这一点也可以推断出，活性炭对溶液中砷的吸附为物理吸附。
2.4 活性炭粒度对吸附效果的影响
活性炭粒度对吸附率的影响如表4所示，由表4可知，不管是哪个粒度范围内的板蓝根药渣活性炭，其对溶液中的砷的吸附率都达85%。这说明板蓝根药渣活性炭对溶液中砷具有很好的吸附效果。粒度范围在160～200目之间的，活性炭其吸附率最高，这是因为活性炭表面有很多较多孔隙，粒度越小其比表面积则越大，可供吸附的活性位数量多，因而有利于吸附，但也并非粒度越小吸附就越好，粒度越小，会造成颗粒的堆积造成吸附位的聚集，导致活性炭的可利用总表面积减少而吸附率降低。
3 结论
（1）板蓝根药渣活性炭对溶液中的砷具有良好的吸附效能，可使溶液中的砷浓度从2.0mg/L降低到0.20mg/L以下。吸附与温度、pH值和活性炭粒度都有密切关系，活性炭的比表面积越大吸附率越高；低pH时，吸附率较高，高pH值时产生解吸，吸附率下降。其适宜的pH范围为3.0～4.0，温度在25℃左右，粒度在160～200目。
（2）以板蓝根药渣为原料，采用物理化学联合活化法制备活性炭可以使中药渣由低附加值转化为高附加值产品，通过循环利用获得高附加值的资源性活性炭并延伸为再生产业，拓宽活性炭生产的原料来源，实现了板蓝根药渣的转化增效，为中药渣的资源化利用开辟了新途径。将板蓝根药渣活性炭用于处理重金属废水，可实现较好的处理效果，利用板蓝根药渣制备活性炭具有提升资源化潜力，开发高附加值的资源性产品，在吸附处理含砷废水方面有着良好的前景。
参考文献
[1]秦恒飞，刘婷逢，周建斌.Na2S·HNO3改性活性炭对水中低浓度Pb2+吸附性能的研究[J].环境工程学报，2011，5（2）：306-310.
[2]赵梅青，马子川，张立艳，等.高锰酸钾改性对颗活性炭吸附Cu2+的影响[J].金属矿山，2008（11）：110-113.
[3]崔树玉，薛原，杨建莉，等.板蓝根研究进展[J].中草药，2001，32（7）：670.endprint
