硫化アンモニウム修飾スイカ糖の調製とPb(Ⅱ)の吸着特性

[Preparation of Modified Watermelon Biochar and Its Adsorption Properties for Pb(Ⅱ)].

• Jing-Wang Bi
• Rui Shan
• Jing Han
• Hao-Ran Yuan
• Yue-Yue Shi
• Xing-Qing Zhang

抄録

本研究では、スイカの皮を原料として、硫酸アンモニウム[(NH)S]で改質したスイカ皮バイオ炭(MBC)を用いて、Pb(Ⅱ)イオンの吸着を行った。溶液のpH,吸着時間,吸着剤添加量,Pb(Ⅱ)イオンの初期質量濃度,イオン強度がPb(Ⅱ)イオンの吸着に及ぼす影響を調べた。その結果、飽和吸着時間は5時間、吸着反応の最適pHは6、Pb(Ⅱ)イオンの初期質量濃度を1000mg-L、吸着剤量を2.0g-Lとした場合には、最大吸着量は2.0g-Lであった。MBCのPb(Ⅱ)イオンに対する最大吸着量は97.63mg-gに達することができ、これは無修正のスイカ殻バイオ炭(BC)よりも有意に高い値であった。改質スイカ殻バイオ炭によるPb(Ⅱ)イオンの吸着は、Langmuir等温吸着モデル及び疑似2次動力学モデルに準拠しており、吸着は単層化学吸着に支配されることが証明された。また、Pb(Ⅱ)イオン吸着後のMBCの再利用性を検討するために水酸化ナトリウム水溶液を用いて脱着を行ったところ、6サイクル目でも吸着量は64.74mg-gであった。フーリエ変換赤外分光法,X線光電子分光法,窒素吸着法,走査型電子顕微鏡エネルギー分光法,ゼータ電位分析,X線回折(XRD)による吸着剤の特性評価と分析を行った結果、吸着機構は主にMBCの酸素含有基とMBCの硫黄含有基が錯形成と沈殿を介してPb(Ⅱ)を吸着することを示した。このことから、硫化アンモニウム改質スイカ皮生炭は、高効率な鉛吸着剤として利用できることがわかった。

In this study, watermelon rind was used as a raw material to modify watermelon rind biochar (MBC) with ammonium sulphate[(NH)S] for adsorption of Pb(Ⅱ) ions. The effects of solution pH, adsorption time, adsorbent addition amount, initial mass concentration of Pb(Ⅱ) ions, and ionic strength on the adsorption of Pb(Ⅱ) ions were investigated. The results show that the saturated adsorption time was 5 h, the optimum pH of the adsorption reaction was 6, and when the initial mass concentration of Pb(Ⅱ) ions were 1000 mg·L, and the amount of adsorbent was 2.0 g·L. The maximum adsorption amount of MBC to Pb(Ⅱ) ions can reach 97.63 mg·g, which is significantly higher than unmodified watermelon husk biochar (BC). The adsorption of Pb(Ⅱ) ions by modified watermelon biochar was in accordance with the Langmuir isotherm adsorption model and the pseudo second-order kinetic model, which proves that adsorption is dominated by monolayer chemical adsorption. The desorption of MBC after adsorption of Pb(Ⅱ) ions was carried out using a sodium hydroxide solution to study the reusability of MBC, and the adsorption amount was still 64.74 mg·g in the sixth cycle. Characterization and analysis of adsorbents by Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, nitrogen adsorption, scanning electron microscopy-energy spectroscopy, zeta potential analysis, and X-ray diffraction (XRD) were carried out, which showed that the adsorption mechanism is mainly that MBC oxygen- and MBC sulfur-containing groups adsorb Pb(Ⅱ) through complexation and precipitation. Therefore, ammonium sulfide modified watermelon rind biochar can be used as a highly efficient lead adsorbent.