椰壳粉在批量和连续吸附系统中去除水中铅锰污染物的比较评估及其可持续水处理应用

本研究针对水体中Pb(II)和Mn(II)污染问题，利用农业废弃物椰壳粉（Cocos nucifera）开发低成本生物吸附剂。通过批量和连续吸附系统评估，发现最佳条件下Pb(II)和Mn(II)去除率分别达98.8%和86.4%，吸附过程符合Langmuir和伪二级动力学模型，5分钟即达平衡。固定床柱实验显示85.7% Pb(II)和93.1% Mn(II)的去除效率，证实其作为可持续水处理方案的潜力。该研究为重金属污染治理提供了经济高效的解决方案，发表于《South African Journal of Chemical Engineering》。

　　

重金属污染对水生生态系统和人类健康构成严重威胁，尤其是铅(Pb)和锰(Mn)的神经毒性效应。尽管已有多种处理方法，但成本高、效率低等问题限制了其应用。农业废弃物衍生吸附剂因其可持续性和低成本备受关注，但针对Pb(II)和Mn(II)在批量和连续系统中性能的系统研究仍不足。为此，国外研究团队以椰壳粉为对象，全面评估其吸附性能、机制及实际应用潜力，成果发表于《South African Journal of Chemical Engineering》。

研究采用原子吸收光谱(HR-CS FAAS)分析金属残留浓度，通过批量实验优化pH(2-8)、粒径(0.062-0.840 mm)、吸附剂剂量(3-10 g L^?1)等参数，并建立Langmuir、Freundlich等吸附模型。连续系统使用内径5.1 cm的丙烯酸柱，考察流速(20-60 mL min^?1)和床高(8-14 cm)的影响。样本来自巴西农业研究公司(EMBRAPA/CE)提供的椰壳，经粉碎、分级后用于实验。

3.1 pH和粒径效应
Pb(II)在pH 3-8时去除率达96-98%，Mn(II)在pH 7时达65%。粒径0.297-0.105 mm时，Pb(II)和Mn(II)最高去除率分别为98.8%和86.4%，小粒径增加表面积但可能引起浮选效应。

3.2 吸附剂与金属浓度影响
Pb(II)在4 g L^?1吸附剂剂量和300 mg L^?1初始浓度时效率最佳，Mn(II)则在6 g L^?1和10 mg L^?1时表现最优。高浓度导致活性位点竞争，降低去除率。

3.3 吸附等温线
Langmuir模型拟合最佳，Pb(II)和Mn(II)最大吸附量(q_max)分别为79.2 mg g^?1和13.9 mg g^?1，Dubinin-Radushkevich模型证实物理吸附主导(吸附能E_s<8 kJ mol^?1)。

3.4 吸附动力学
伪一级和伪二级模型均高度吻合(R2>0.999)，5分钟内达到快速吸附平衡，Pb(II)和Mn(II)平衡吸附量分别为24.8 mg g^?1和7.48 mg g^?1。

3.5-3.6 连续系统性能
20 mL min^?1流速下Pb(II)和Mn(II)去除率最高(85.7%和93.1%)，床高增至14 cm可延长突破时间至270分钟。Thomas模型计算得Pb(II)质量转移系数(K_Th)为0.06-0.098 mL min^?1 mg^?1。

该研究证实椰壳粉对Pb(II)的高亲和力源于其表面负电性(-45 mV at pH 5)和丰富的羟基、羧基等官能团。批量与连续系统的互补数据为其工业化应用提供依据，但需进一步研究真实废水中的竞争离子效应和吸附剂再生。成果为发展中国家重金属治理提供了符合循环经济理念的解决方案，兼具环境与经济效益。