天然水体中共存离子对重金属Pb²⁺在Al₂O₃上吸附行为的影响

Study on the Effect of Coexisting Ions on the Adsorption Behavior of Heavy Metal Lead （Pb²⁺） on Alumina （Al₂O₃）

摘要

以Al₂O₃为吸附剂，探讨体系pH值、共存离子及其浓度等对Pb²⁺在Al₂O₃上吸附行为的影响。结果表明，向体系中加入Ca²⁺后，Pb²⁺在Al₂O₃上的吸附过程从单分子层吸附转变为多分子层吸附，且Pb²⁺在Al₂O₃上的吸附量降低，Pb²⁺的吸附受到抑制。Pb²⁺在Al₂O₃上的吸附行为符合准二级动力学模型，属于化学吸附，且Ca²⁺共存时，Al₂O₃吸附Pb²⁺的过程符合Elovich模型。体系pH值增加对Pb²⁺在Al₂O₃上的吸附起促进作用。在pH=7的Mg²⁺，Ca²⁺，Na⁺共存体系中，当共存离子浓度（c）从0.2 mol/L增加到1.0 mol/L时，Pb²⁺的吸附受到抑制，Al₂O₃对Pb²⁺的吸附量逐渐降低，共存离子对Pb²⁺吸附量的影响程度由大到小依次为Mg²⁺，Na⁺，Ca²⁺。而在\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}，Cl^-共存体系中，随着共存离子浓度的增加，NO₃^-促进Pb²⁺的吸附，而Cl^-抑制Pb²⁺的吸附。Pb²⁺在Al₂O₃上的吸附量大小，与共存离子浓度改变Al₂O₃与溶液界面的电位、共存离子与Pb²⁺竞争吸附位点、共存离子改变Al₂O₃表面结构及共存离子与Al₂O₃的键合方式等有关。

Abstract

This study investigates the adsorption behavior of lead ions （Pb²⁺） using alumina （Al₂O₃） as the adsorbent， focusing on the effects of pH， coexisting ions， and their concentrations on the adsorption process. The results indicate that the introduction of Ca²⁺ into the adsorption system transforms the adsorption of Pb²⁺ on Al₂O₃ from monolayer to multilayer adsorption， leading to a decrease in the amount of Pb²⁺ adsorbed， indicating that the adsorption of Pb²⁺ is inhibited. The adsorption behaviour of Pb²⁺ on Al₂O₃ follows a pseudo-second-order kinetic model， characteristic of chemical adsorption， and in the presence of Ca²⁺， the adsorption process aligns with the Elovich model. An increase in pH promotes the adsorption of Pb²⁺ on Al₂O₃. In a coexisting ionic system of Mg²⁺， Ca²⁺， and Na⁺ at pH 7， as the concentration of coexisting ions（c） increases from 0.2 mol/L to 1.0 mol/L， the adsorption of Pb²⁺ is inhibited， and the amount of Pb²⁺ adsorbed onto Al₂O₃ gradually decreases. The influence of coexisting ions on Pb²⁺ adsorption is ranked as follows： Mg²⁺， Na⁺， Ca²⁺. Conversely， in a coexisting ionic system with NO₃^- and Cl^-， increasing the concentration of coexisting ions enhances Pb²⁺ adsorption due to NO₃^-， whereas Cl^- inhibits it. These findings are related to changes in the electric potential at the Al₂O₃-solution interface， competition for adsorption sites between coexisting ions and Pb²⁺， alterations in the surface structure of Al₂O₃， and bonding interactions between coexisting ions and Al₂O₃.

Graphical abstract

关键词

Pb²⁺ / Al₂O₃ / pH值 / 共存离子 / 吸附

Key words

Pb²⁺ / Al₂O₃ / pH value / coexisting ions / adsorption

作为天然水体中主要重金属污染物之一的Pb²⁺，具有生物学毒性及不可生物降解特性，通过血液循环进入人体，进而影响肝脏正常运作，导致身体器官受损、肾脏功能衰竭等^［1］。例如，当人体血液中Pb²⁺的质量含量高于0.6 mg/L时，会影响大脑和神经系统，出现记忆减退、疲乏、抽搐等症状^［2］。因此，天然水体中的Pb²⁺污染亟待解决。目前，吸附法因具有操作简单，吸附剂来源广泛、价格低廉等优势，是处理天然水体的主要方法之一^［3］。pH值对水溶液中重金属的吸附有重要影响，主要通过改变吸附剂表面的性质和重金属离子的存在形态，影响重金属的去除效果。高海荣等^［4］研究不同pH值下多种吸附材料对重金属的去除效果，研究结果显示，Pb²⁺的吸附速率随着溶液pH值的增加呈现先上升后平缓的趋势，pH值较低的溶液不利于Pb²⁺吸附，这可能与强酸性溶液中大量的H⁺与Pb²⁺发生竞争吸附有关。在自然水体中，共存离子对Pb²⁺的吸附和转运过程同样起到重要作用。当水体中同时存在多种阴、阳离子（如Cl^-，NO₃^-，Ca²⁺，Na⁺，Mg²⁺）时，共存离子可能影响Pb²⁺在水体中的迁移转化过程。唐远强等^［5］以NaCl为代表性离子化合物，研究磁化改性污泥生物炭对微塑料附着态Pb²⁺的去除效果。研究结果显示，添加NaCl会造成吸附态Pb²⁺释放，使水溶液中Pb²⁺浓度显著增加，且随着NaCl溶液浓度的增加，水溶液中的Pb²⁺浓度增大。杜昭兮^［6］的研究结果显示，重金属的去除率随着阳离子浓度的增大而逐渐降低，这可能是由于重金属离子与阳离子同属阳离子，同性电荷存在斥力，相互竞争吸附位点，导致重金属的吸附量降低。Al₂O₃是最常见的两性金属氧化物，广泛存在于矿产资源中，由于分散性好、比表面积大、稳定性好、硬度高且具有多孔性，作为吸附剂受到广泛关注^［7］。虽然近年来国内外开展了大量采用Al₂O₃吸附污染物的研究，但是在Pb²⁺的吸附方面研究较少。更重要的是，自然水体中不仅包含重金属离子，还包含高浓度的无机物离子，这些离子可以直接或间接影响金属阳离子的吸附能力。在研究Al₂O₃对Pb²⁺的吸附过程中，大多研究只考虑水体中其他重金属对Pb²⁺吸附效果的影响。然而，有关阴离子、阳离子对Pb²⁺在水体中的浓度变化和吸附效果的研究不多。文中以Al₂O₃为吸附剂，重点研究自然水体中常见阴离子（Cl^-，NO₃^-）与阳离子（Ca²⁺，Na⁺，Mg²⁺）对Pb²⁺在Al₂O₃上吸附行为的影响，不仅利于厘清共存离子存在下，Pb²⁺在水溶液中的吸附行为，还可为水体中Pb²⁺污染防治方法的建立提供参考。

1 实验部分

1.1 材料

Al₂O₃（南宫市盈泰金属材料有限公司）；Pb（NO₃）₂，CaCl₂，NaCl，KCl，MgCl₂·6H₂O， NaOH（国药集团化学试剂有限公司）。所有溶液均使用超纯水配制。

1.2 方法

将m（Al₂O₃）=0.02 g、ρ（Pb（NO₃）₂）=10 mg/L加入100 mL顶空瓶中，溶液（体系）总体积为50 mL。用c（NaOH）=0.1 mol/L或c（HCl）=0.1 mol/L调节体系的pH值。室温下，在150 r/min下吸附一定时间，取样，用针管过滤器（0.45 μm滤膜）过滤。为保证实验结果的可靠性，每个实验设置3组平行实验。使用电感耦合等离子体发射光谱仪（inductively coupled plasma-optical emission spectrometer， ICP-OES）测定体系中Pb²⁺的质量浓度，并计算Al₂O₃对Pb²⁺的吸附量Q_e（mg/g）。Q_{\mathrm{e}}的计算式为

Q_{\mathrm{e}}=\frac{({\rho }_{\mathrm{0}}-{\rho }_{\mathrm{e}})V}{m}。（1）

式中： ρ₀为初始体系中Pb²⁺的质量浓度（mg/L）；ρ_e为吸附平衡体系中Pb²⁺的质量浓度（mg/L）；V为溶液体积（L）；m为Al₂O₃的质量（g）。

1.2.1 等温吸附实验

在不加Ca²⁺和加入c（Ca²⁺）=0.6 mol/L的条件下，分别将ρ（Pb（NO₃）₂）=1，2，4，6，7，8，9，10 mg/L、 0.02 g Al₂O₃加入100 mL顶空瓶，溶液总体积为50 mL，每个实验设置3组平行实验。用c（HCl）=0.1 mol/L或c（NaOH）=0.1 mol/L调节体系的pH值至7.0±0.5。将顶空瓶置于150 r/min摇床中振荡24 h，吸附平衡后用过滤器（0.45 μm滤膜）过滤。

1.2.2 动力学吸附实验

在不加入Ca²⁺和加入c（Ca²⁺）=0.6 mol/L的条件下，将ρ（Pb（NO₃）₂）=10 mg/L、0.02 g Al₂O₃加入100 mL顶空瓶，溶液总体积为50 mL，每组实验设置3组平行实验。用c（HCl）=0.1 mol/L或c（NaOH）=0.1 mol/L调节体系pH值至7.0±0.5。将顶空瓶置于150 r/min摇床中振荡，在不同反应时间（0.5 ~24 h）取样过滤。

1.2.3 pH值对Pb²⁺在Al₂O₃上吸附的影响

将50 mL ρ₀=10 mg/L的Pb（NO₃）₂加入顶空瓶，再加入0.02 g Al₂O₃，用c（HCl）=0.1 mol/L或c（NaOH）=0.1 mol/L调节体系的pH值分别为3.0，5.0，7.0，9.0，11.0，每组实验设置3组平行实验。在室温下振荡24 h，检测体系中Pb²⁺的质量浓度。

1.2.4 共存离子及其浓度对Pb²⁺在Al₂O₃上吸附的影响

向100 mL顶空瓶中加入ρ₀=10 mg/L的Pb（NO₃）₂溶液，再分别加入c=0~1.0 mol/L的Mg²⁺，Ca²⁺，Na⁺溶液、0.02 g Al₂O₃，溶液总体积为50 mL，每组实验设置3组平行实验。用c（HCl）=0.1 mol/L或c（NaOH）=0.1 mol/L调节体系的pH值（pH=7.0）不变。在室温条件下振荡24 h，检测体系中Pb²⁺的质量浓度。

1.3 吸附模型

1.3.1 等温吸附模型

吸附等温线描述了Pb²⁺在Al₂O₃上的吸附量与吸附平衡时液相中溶解离子浓度之间的关系，分析吸附等温线可进一步了解Al₂O₃吸附Pb²⁺的机制。目前，常用的等温吸附模型有Langmuir， Freundlich两种模型。通过这两种模型，对加入Ca²⁺前后Pb²⁺在Al₂O₃上的吸附结果进行拟合，分析吸附体系的最大吸附量和吸附强度，进而推测吸附剂表面状态以及吸附质表面的单层或多层吸附态等。

Langmuir模型方程为

Q_{\mathrm{e}}=(Q_{\mathrm{m}}{K}_{\mathrm{L}}{\rho }_{\mathrm{e}})/(\mathrm{1}+K_{\mathrm{L}}{\rho }_{\mathrm{e}})；（2）

Freundlich模型方程为

\mathrm{l}\mathrm{n}{Q}_{\mathrm{m}}={\rho }_{\mathrm{e}}/n+\mathrm{l}\mathrm{n}{K}_{\mathrm{F}}\mathrm{。}（3）

式中：Q_{\mathrm{e}}为吸附平衡时的吸附量（mg/g）；Q_{\mathrm{m}}为最大吸附量（mg/g）；K_{\mathrm{L}}为Langmuir模型的吸附常数（L/mg）；K_{\mathrm{F}}为Freundlich模型的吸附常数（（mg^1-1/n ·L^1/n ）/g）；n为吸附强度常数。

1.3.2 吸附动力学模型

吸附动力学模型描述了Pb²⁺在Al₂O₃上吸附量（Q_{\mathrm{e}}）与时间（t）之间的关系，可揭示吸附过程的机理。分别对加入Ca²⁺前后Pb²⁺在Al₂O₃上Q_{\mathrm{e}}随着t变化的数据进行拟合。常见拟合模型为准一级动力学模型、准二级动力学模型和Elovich模型。

准一级动力学模型为

Q_t=Q_{\mathrm{e}\mathrm{1}}(\mathrm{1}-{\mathrm{e}}^{-k_{\mathrm{1}}t})；（4）

准二级动力学模型为

Q_{\mathrm{e}}=(Q_{\mathrm{e}\mathrm{2}}^{\mathrm{2}}{K}_{\mathrm{2}}t)/(\mathrm{1}+Q_{\mathrm{e}\mathrm{2}}{K}_{\mathrm{2}}t)；（5）

Elovich模型为

Q_t=\mathrm{1}/\beta (\mathrm{l}\mathrm{n}(\alpha \beta t+\mathrm{1}))\mathrm{。}（6）

式中：t为吸附时间（h）；Q_t 为吸附t后的吸附量（mg/g）；Q_{\mathrm{e}\mathrm{1}},Q_{\mathrm{e}\mathrm{2}}为准一级、二级动力模型吸附平衡时的吸附量（mg/g）；K_{\mathrm{1}}，K_{\mathrm{2}}分别为准一级、二级动力学模型的吸附速率常数（g/（mg·h））；α，β为吸附常数。

2 实验结果与分析

2.1 共存离子体系中Al₂O₃对Pb²⁺的吸附行为

2.1.1 等温吸附

分别采用Langmuir，Freundlich模型，对有无共存Ca²⁺体系中Al₂O₃吸附Pb²⁺的实验数据进行拟合，探讨共存Ca²⁺对Pb²⁺在Al₂O₃上吸附行为的影响（表1、图1）。在无Ca²⁺的体系中，两种等温吸附模型的拟合结果显示，Langmuir模型的R²最大，表明Al₂O₃对Pb²⁺的吸附为单分子层化学吸附^［8］。在加入Ca²⁺的体系中，Freundlich模型的R²=0.99，模型的拟合度高且参数n=1.01（>1.00），表明Al₂O₃吸附Pb²⁺为多分子层吸附过程^［9］。对比加入Ca²⁺前后的拟合数据，发现在不加Ca²⁺的体系中，随着Pb²⁺质量浓度的增加，Al₂O₃对Pb²⁺的吸附量（Q_{\mathrm{e}}）增加；在加入Ca²⁺的体系中，随着Pb²⁺质量浓度的增加，Q_{\mathrm{e}}也增加，但Q_{\mathrm{e}}增加幅度减小。两种模型的反应速率常数在加入Ca²⁺后均减小，且Freundlich模型的n从0.71增加到1.01，说明加入Ca²⁺抑制了Al₂O₃对Pb²⁺的吸附。

2.1.2 动力学吸附

使用准一级动力学模型、准二级动力学模型以及Elovich模型，分别模拟有无Ca²⁺体系中Q_{\mathrm{e}}随着t的变化情况（图2、表2）。在不加Ca²⁺的体系中，3种模型的R²依次为0.64，0.93，0.87。拟合结果显示，准二级动力学模型能更好地拟合Al₂O₃吸附Pb²⁺的过程，且准二级模型计算得出的理论吸附量 （Q_e2），与吸附平衡后实测吸附量（Q_{\mathrm{e}}）吻合，说明Al₂O₃吸附Pb²⁺过程符合准二级动力学模型，且主要为化学吸附^［10-11］。在加入Ca²⁺的体系中，3种模型的R²依次为0.44，0.77，0.90。拟合结果显示，Elovich模型能更好地拟合Al₂O₃对Pb²⁺的吸附数据，α从2.39降至1.87，Al₂O₃吸附Pb²⁺的初始速率减慢。推测这可能存在吸附面不均匀问题，加入Ca²⁺可能改变Al₂O₃的表面性质；也可能是Ca²⁺与Al₂O₃表面某些基团结合，进而影响了Al₂O₃对Pb²⁺的吸附。

2.2 Al₂O₃吸附Pb²⁺的影响因素

2.2.1 pH值

pH值是影响吸附过程的重要因素，其变化不仅影响吸附剂表面的电荷状态，同时也影响吸附质的离子状态。同时，当溶液中存在其他离子时，pH值变化还可能导致吸附体系中发生竞争吸附。这些因素会影响吸附剂的吸附性能、吸附剂与吸附质之间的相互作用以及吸附效果（图3）。

在无共存离子体系中，Q_e随着体系pH值的增加呈先降低后上升的趋势。当体系的pH=3.0~5.0时，Q_e呈现降低的趋势。当体系的pH=5.0时，Q_e出现拐点，随着pH值增加，Q_e逐渐上升并趋于平缓。

在加入共存阳离子（Mg²⁺，Ca²⁺，Na⁺）体系中，随着体系pH值的增加，Q_e整体呈增加的趋势。当体系的pH=3.0~7.0时，Q_e较低，且Q_e的增加较缓慢。当体系的pH>7.0时，Q_e明显增加。在Mg²⁺，Ca²⁺，Na⁺共存体系中，Q_e降低，说明共存阳离子对Pb²⁺在Al₂O₃上的吸附均产生抑制作用。当体系的pH = 11.0时，共存阳离子对Pb²⁺的吸附均起抑制作用，其影响程度由大到小依次为Ca²⁺，Na⁺，Mg²⁺。

在加入共存阴离子（Cl^-，NO₃^-）体系中，体系的pH值对Q_e有显著影响。总体而言，NO₃^-对Pb²⁺的吸附表现出一定的促进作用，而Cl^-则表现出一定的抑制效应，且两者的影响程度均随着体系pH值的升高而变化。在体系呈酸性条件下（pH = 3.0），Cl^-显著抑制Pb²⁺吸附，而NO₃^-对Pb²⁺吸附的抑制作用相对较弱。随着体系pH值升高至中性、弱碱性（pH= 5.0~9.0），Q_e呈现逐渐增加的趋势。在此pH值范围内，NO₃^-对Pb²⁺的吸附表现出一定的促进作用，而Cl^-的抑制作用则有所减弱。当体系的pH>9.0时，共存阴离子的影响变得不明显。

2.2.2 共存离子及其浓度

共存离子会影响吸附剂表面的电荷，从而影响吸附剂对其他离子的吸附；共存离子也通过改变吸附剂表面的化学性质，影响吸附剂的表面活性；共存离子还可与吸附质发生竞争吸附，从而影响吸附剂对吸附质的吸附能力。文中探究共存阴离子、阳离子浓度对Pb²⁺在Al₂O₃上吸附的影响（图4）。在不加入其他阳离子体系中（图4（a）），Q_e为22.4 mg/g，当加入其他阳离子后，随着共存阳离子c的增加，Q_e呈先减小后增加趋势，整体呈降低趋势。在共存阳离子体系中，当加入的Mg²⁺，Ca²⁺，Na⁺的c=0.6 mg/L时，Q_e均为最低；而当共存阳离子的c=1.0 mol/L时，3种共存阳离子对Pb²⁺的吸附都存在一定程度的抑制作用，且影响程度由大到小依次为Mg²⁺， Na⁺，Ca²⁺。在共存阴离子体系中， Q_e随着NO₃^-的c增加而增大，且相比无共存离子体系增加，表明Al₂O₃吸附Pb²⁺的过程受到促进作用；而Q_e随着Cl^-的c不断增加而降低，当c（Cl^-）=0.6 mol/L时，Q_e最低，这与陈苏等^［12］报道的实验结果一致，即随着Cl^-的c增加，Q_e相比无共存离子体系降低，Al₂O₃对Pb²⁺的吸附受到抑制。

3 讨论

等温实验和吸附动力学实验结果显示，在加入Ca²⁺体系中，Al₂O₃对Pb²⁺的吸附从单层吸附逐渐向多层吸附转变，吸附速率减慢，表明Ca²⁺与Pb²⁺之间存在竞争吸附。Al₂O₃吸附Pb²⁺过程符合准二级动力学模型，为化学作用。当体系中存在Ca²⁺时，Elovich模型能更好地拟合Al₂O₃对Pb²⁺的吸附数据，表明加入Ca²⁺可能改变了Al₂O₃的表面性质，也可能是Ca²⁺与Al₂O₃表面某些基团结合，进而影响Al₂O₃对Pb²⁺的吸附。

在中性、碱性体系中，pH值对Pb²⁺在Al₂O₃上的吸附起促进作用。在较低pH值体系中，溶液中的大量H⁺与Pb²⁺竞争吸附Al₂O₃表面的吸附位点^［13］，而随着体系pH值的逐渐增加，Al₂O₃表面的电荷性质发生变化（从正电荷转变为负电荷）^［14］，加强了Al₂O₃与Pb²⁺的静电吸引力。同时，从溶度积的角度看，Pb（OH）₂的溶度积表达式为K_sp=c（Pb²⁺）×c（OH^-）²。当体系的pH值升高，即c（OH^-）增大，根据溶度积平衡原理，为了维持K_sp恒定，c（Pb²⁺）会相应减小。研究结果显示，当pH=10.0~11.0时，Pb²⁺的溶解度最小，此时体系中c（Pb²⁺）处于较低水平^［15］。并且在此环境下，Pb²⁺倾向于以Pb（OH）₂沉淀形式存在，这进一步降低了体系中的c（Pb²⁺）。体系中c（Pb²⁺）降低，使Al₂O₃表面与Pb²⁺之间的静电吸引力相对增强，从而促进了Pb²⁺在Al₂O₃上吸附^［16］。其他离子共存条件下，Al₂O₃对Pb²⁺的Q_e有所降低，Al₂O₃对Pb²⁺的吸附受到抑制作用。这可能是碱性体系中存在大量OH^-，共存阳离子容易与Pb²⁺形成混合沉淀，从而影响Al₂O₃对Pb²⁺的Q_e。在中性及碱性体系中，3种阳离子对Pb²⁺在Al₂O₃上吸附的影响程度由大到小依次为Ca²⁺，Na⁺，Mg²⁺，这可能与金属离子在Al₂O₃表面键合的方式有关。

在共存阴离子体系中，NO₃^-促进了Al₂O₃对Pb²⁺的吸附，这是因为Al₂O₃会吸附某些阴离子，吸附先后顺序为OH^-，NO₃^-。这可能是当体系呈酸性时，NO₃^-与Pb²⁺竞争吸附Al₂O₃表面的吸附位点，导致Pb²⁺的吸附受到抑制，Al₂O₃对Pb²⁺的Q_e降低。随着体系pH值的不断升高，在碱性吸附体系中，影响Pb²⁺吸附的离子逐渐以OH^-为主，并以Pb（OH）₂沉淀形式存在^［17］。同时，NO₃^-与Al₂O₃表面的吸附位点结合，导致Al₂O₃的表面结构发生变化，增加了吸附位点，促进了Pb²⁺吸附^［18］。Cl^-的抑制作用可能是，Cl^-与Pb²⁺竞争Al₂O₃表面的吸附位点，并与Pb²⁺发生络合作用。

在中性体系中，共存的阴离子、阳离子均对Pb²⁺在Al₂O₃上的吸附行为产生影响。对于形成内层吸附（专性吸附）的离子，Q_e不随着离子的c增加而增加；而对于形成外层吸附（静电吸附、交换吸附等）的离子，Q_e随着离子的c增加而降低^［19］。当体系中无共存离子时，Al₂O₃吸附Pb²⁺属于外层吸附。在共存阳离子体系中，当吸附质与吸附剂的功能基团之间存在水分子时，会形成外层表面络合物。在此情况下，加入的电解质离子会与Pb²⁺竞争吸附，从而抑制Pb²⁺的吸附，导致Pb²⁺的Q_e随着加入离子的c增加而减小^［20］。在离子的c较低下，当体系中共存阳离子的c从0.2 mol/L增加到0.6 mol/L时，Pb²⁺的Q_e降低，这可能是由于共存离子与Pb²⁺竞争Al₂O₃表面的吸附位点，其中，Mg²⁺对Pb²⁺吸附的抑制作用最大，其次分别为Na⁺，Ca²⁺。推测体系中共存阳离子的c会影响Al₂O₃与溶液之间的界面电位，使吸附剂表面的性质发生改变，并且不同离子与Al₂O₃表面基团的键合方式也不同，抑制了Al₂O₃对Pb²⁺的有效吸附。同时，不同离子对Pb²⁺吸附的影响程度也不同。在阴离子共存体系中，Cl^-共存抑制了Al₂O₃对Pb²⁺的吸附，这可能与阴离子和重金属发生络合作用有关^［21］。相反，NO₃^-促进了Al₂O₃对Pb²⁺的吸附，这可能是由于NO₃^-改变了Al₂O₃表面的电荷性质。

文中Al₂O₃对天然水体中Pb²⁺展现出良好的吸附性能。然而，若对吸附饱和的Al₂O₃吸附剂处理不当，会引发二次污染。为了降低处理成本，对吸附剂进行再生研究是必要的。对于不同类型的吸附剂，可通过简单的酸性或碱性洗脱过程解析重金属离子^［22］。Bhutto等^［23］分别使用c=0.1，0.5，1.0 mol/L的HCl，HNO₃，NaOH溶液对Al₂O₃纳米复合材料上吸附的Pb²⁺进行解析研究。实验结果显示，c（NaOH）=1.0 mol/L可解析95%以上的Pb²⁺，且经过连续20次实验，Pb²⁺的Q_e恒定。

4 结论

1）等温吸附实验结果显示，在无共存离子体系中，Pb²⁺在Al₂O₃上的吸附行为符合Langmuir等温模型，而在共存离子体系中，Pb²⁺的吸附行为更符合Freundlich等温模型，吸附从单分子层吸附转变为多分子层吸附。吸附动力学实验结果显示，在无共存离子体系中，Pb²⁺在Al₂O₃上的吸附行为符合准二级动力学模型，属于化学吸附；当加入共存离子后，Pb²⁺在Al₂O₃上的吸附行为符合Elovich模型，且吸附速率减慢，这可能与Al₂O₃表面性质的改变有关。

2）在无共存离子体系中，随着体系pH值的增加，Pb²⁺在Al₂O₃上的Q_e有所增加，其中，中性和碱性体系更利于Pb²⁺吸附；在阳离子共存体系中，体系pH值的升高同样促进Al₂O₃对Pb²⁺的吸附，但Pb²⁺的Q_e均低于无共存离子体系，吸附受到一定程度的抑制。在阴离子共存体系中，共存离子NO₃^-促进了Pb²⁺的吸附，而共存离子Cl^-对Pb²⁺的吸附起抑制作用。实际水体处理中，可将体系的pH值调至6.0~8.0，即中性至弱碱性范围。

3）体系中共存的阳离子（Mg²⁺，Ca²⁺，Na⁺）会与Pb²⁺竞争Al₂O₃表面的吸附位点，进而抑制Pb²⁺的吸附，且当共存阳离子的c=1.0 mol/L时，阳离子对Pb²⁺吸附的影响程度由大到小依次为Mg²⁺， Na⁺， Ca²⁺。在阴离子共存体系中，NO₃^-对Pb²⁺的吸附有轻微促进作用，这可能是NO₃^-改变了Al₂O₃表面的电荷性质；而Cl^-则抑制了Pb²⁺的吸附，这可能与阴离子和Pb²⁺发生络合作用有关。实际应用中，若水体中阳离子和阴离子浓度较高，可对水体进行预处理，即通过化学沉淀法先去除部分阳离子，以降低其对Pb²⁺吸附的干扰。

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基金资助

国家自然科学基金资助项目(42007300)

宁夏自然科学基金资助项目(2022AAC03037)

宁夏大学研究生创新基金资助项目(CXXM202437)

宁夏农业资源环境监测与保护项目(农业面源污染2025-11)