隨著工業和農業的發展及其所產生的廢水 的不合理排放，河流的重金屬污染日益嚴重。重金屬進入生物體后，由于其不能自行降解，會在生物體內慢慢富集累積，然后通過食物鏈進入人體，可嚴重危害人類健康及生態環境〔1, 2〕。因此，如何有效治理重金屬污染，保護人類健康和生態環境已成為人們廣泛關注的熱點。

　　對于水體中重金屬的處理，吸附法是一種成本低廉、高效環保的處理方法。吸附法具有吸附劑廉價易得、能耗低、不產生二次污染、對設備要求不高等優點〔3, 4, 5〕，因此，采用吸附法處理水體中的重金屬一直是人們研究的熱點。

　　由于淀粉是一種廉價的多糖類天然高分子，本身含有活性羥基和糖苷鍵〔6〕，而二氧化硅也是廉價、無毒的無機材料〔7〕，因此研究淀粉/二氧化硅復合物的吸附性能具有重要意義。本研究以淀粉和正硅酸乙酯(TEOS)為原料，氨水為催化劑，采用溶膠-凝膠法制備了淀粉/二氧化硅微球〔8〕，并通過實驗考察了淀粉/二氧化硅微球對水中重金屬離子的吸附性能。

　　1 實驗部分

　　1.1 實驗材料

　　土豆淀粉A(數均相對分子質量為0.52×104>)、土豆淀粉B(數均相對分子質量為1.22×104>)、玉米淀粉(數均相對分子質量為1.36×104>),分析純，天津市光復精細化工研究所;正硅酸乙酯，分析純，天津市光復精細化工研究所;無水乙醇，純度≥99.7%,分析純，天津市化學試劑六廠廣達服務部;氨水、硝酸鉛，分析純，天津市風船化學試劑科技有限公司。

　　1.2 淀粉/二氧化硅復合微球的制備

　　采用溶膠-凝膠法制備淀粉/二氧化硅微球〔9〕。取1.7 g淀粉于250 mL圓底燒瓶中，加入170 mL蒸餾水，在100 ℃的環境中溶解3 h,制成質量濃度為0.01 g/mL的淀粉溶液。取10 mL上述淀粉溶液于250 mL燒杯中，一邊攪拌一邊逐滴加入30 mL無水乙醇，然后逐滴加入1.53 mL氨水。反應10 min后，逐滴加入0.357 g硅酸乙酯。常溫下繼續攪拌2 h,離心，用無水乙醇和蒸餾水交替洗滌3次，然后于80 ℃下干燥8～10 h,即得淀粉/二氧化硅復合微球，m(淀粉)∶m(SiO2)=1∶1。

　　1.3 鉛離子的吸附實驗

　　稱取25 mg淀粉/二氧化硅復合微球于試管中，加入25 mL 5 mg/L的Pb(Ⅱ)溶液。將試管放在超聲波清洗器中超聲2 min,然后放入25 ℃恒溫電磁攪拌器中攪拌，并分別在第3、5、10、20、30、40、50、60、90、120、150、180分鐘時用注射器吸取2 mL液體，經過濾器過濾后放入2 mL的離心管中，用原子吸收光譜法測定鉛離子的濃度，進而計算淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的吸附容量和吸附率。

　　2 結果與討論

　　2.1 不同淀粉對復合微球吸附鉛離子性能的影響

　　圖 1為不同淀粉制備的淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的吸附率曲線。

 圖 1 不同淀粉制備的淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的吸附性能

　　由圖 1可知，在淀粉和二氧化硅質量比一定的條件下，用不同相對分子質量的土豆淀粉制備的淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的吸附率均為98%,說明同種淀粉的相對分子質量對所制備的淀粉/二氧化硅復合微球的吸附性能沒有影響。這是因為在淀粉質量一定的條件下，同種淀粉所含活性基團的數量相同，與鉛離子配位的活性點個數相同，所以對鉛離子的吸附率相同。而在淀粉和二氧化硅質量比一定的條件下，淀粉的種類對所制備的淀粉/二氧化硅復合微球吸附鉛離子的性能有較大影響，玉米淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的吸附率為90%,較之土豆淀粉/二氧化硅微球，其吸附率下降8%左右。這是因為不同種類的淀粉所含的活性基團數量不同，與鉛離子配位的活性點個數不同，進而吸附率不同。后續均采用土豆淀粉制備的淀粉/二氧化硅復合微球進行實驗。

　　2.2 pH對復合微球吸附鉛離子性能的影響

　　因該復合材料擬應用于海水體系，故選擇弱堿性的水體系為主要研究對象，考察了溶液pH對復合微球吸附鉛離子性能的影響，結果如圖 2所示。

 圖 2 溶液pH對復合微球吸附鉛離子性能的影響

　　p由圖 2可知，隨著溶液pH的增加，淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的吸附率稍有增加，當pH>8.5時，淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的吸附率不變，為97.72%.結果表明，在弱堿性條件下，淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子具有較好的吸附性能。

　　2.3 淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的等溫吸附研究

　　實驗研究了不同初始鉛離子濃度下淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的吸附容量，結果見圖 3。

 圖 3 不同初始鉛離子濃度下淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的吸附量

　　由圖 3可以看出，隨著初始鉛離子濃度的增大，淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的吸附容量增大。這是因為隨著初始鉛離子濃度的增加，吸附劑與鉛離子的碰撞幾率增大。

　　實驗同時采用3種不同的等溫吸附模型即Langmuir模型、Freundlich模型及Temkin模型研究了淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的吸附行為，相關數據如表 1所示。其中：Ce(mg/L)表示達到吸附平衡時溶液中鉛離子的質量濃度，Qe(mg/g) 表示達到吸附平衡時每克淀粉/二氧化硅復合微球吸附鉛離子的質量，Qmax(mg/g) 表示每克淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的最大吸附容量，KL (L/mg) 表示 Langmuir吸附平衡常數，KF和n 表示Freundlich等溫方程的特征參數，AT(L/mg)和 b表示Temkin 等溫方程的特征參數。

　　由表 1可知，淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的吸附行為符合Langmuir模型和Freundlich模型，即淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的吸附不僅存在單分子層吸附，還存在多分子層吸附。由于n<2,淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的多分子層吸附存在阻力，其對鉛離子的吸附以單分子層吸附為主〔10, 11〕。

　　2.4 淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的吸附動力學研究

　　取25 mL初始質量濃度為15 mg/L 的Pb(Ⅱ)溶液，在溫度為25 ℃，pH=8.5,淀粉/二氧化硅復合微球投加量為25 mg的條件下，進行了淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的吸附動力學研究。將實驗數據進行擬二級動力學模型擬合，結果如圖 4所示。

 圖 4 淀粉/二氧化硅復合微球吸附鉛離子的擬二級動力學曲線

　　由圖 4可知，淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的吸附完全符合擬二級動力學模型，說明該吸附過程中在淀粉/二氧化硅復合微球的活性點上的化學反應為吸附控制步驟。具體參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

　　3 結論

　　利用3種淀粉采用溶膠-凝膠法制備了淀粉/二氧化硅復合微球，并通過實驗研究了淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的吸附性能，得出的結論如下：

　　(1)淀粉的種類對制備的淀粉/二氧化硅復合微球吸附鉛離子性能有較大影響，與玉米淀粉相比，利用土豆淀粉制備的淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子有較好的吸附性能;同種淀粉的相對分子質量對所制備的淀粉/二氧化硅復合微球的吸附性能沒有影響。

　　(2)在弱堿性條件下，淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子具有較好的吸附效果。

　　(3)淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的吸附行為符合Langmuir模型和Freundlich模型，即淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的吸附不僅存在單分子層吸附，還存在多分子層吸附，但以單分子層吸附為主。

　　(4)淀粉/二氧化硅復合微球對鉛離子的吸附完全符合擬二級動力學模型，即在淀粉/二氧化硅復合微球的活性點上的化學反應為吸附控制步驟。