向日葵生物吸附劑

向日葵收割後，為了使植體能有二次利用的機會，故將向日葵植體 的莖與葉部，以水清洗3次，再放置於烘箱中以60℃烘乾。等待植體烘乾 後，再進一步研磨使其粒徑約0.05 – 0.10 mm。並參考Gonçalves et al. (2009) 之前處理方式進行前處理，其步驟茲述如下： (1) 取適量向日葵莖與葉 部，將其磨碎後，其植體顆粒加入 50 mL濃度為 1 M HNO₃開始進行震 盪，震盪時間約控制為 1 h 、溫度控制為25℃，震盪結束後，再將其過 濾並以水清洗至酸完全去除；(2) 再將植體顆粒置入含 100 mL濃度為 0.75 M NaOH 之燒杯中再進行震盪，震盪時間約控制為 1 h 、溫度控制 為25℃，之後取出過濾並以水清洗至鹼完全去除；(3) 將此些植體顆粒以 放置於烘箱中60℃烘乾，烘乾後之植體顆粒即做為後續研究之吸附材料。

前處理完成後，分別在含有重金屬Cu、Zn、Pb濃度為50 mg/ml水溶 液中添加 0.05 g 向日葵吸附劑，並將轉速控制於140rpm進行實驗，且每 種重金屬水溶液都設置不同的操作條件，將其分為以下6組進行比較，

Control組(常溫下重金屬原始溶液)、溫度20℃組、溫度40℃組、pH7組、

pH2組、pH11組。

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首先是在重金屬Cu水溶液吸附情形比較，如下表35與圖67~圖68，第 一從Control組去除率來看，隨著時間的變化，去除率隨著時間提升，除 了初始濃度以外，在過程中可能有下一點去除率低於上一點去除率的情 形，因為我們所使用的向日葵吸附劑屬於物理吸附，因為物理吸附具有 可逆性，當吸附劑與吸附物質間吸引力變小時，則會造成脫附反應，使 吸附物質脫離吸附劑表面，故會造成下一點去除率低於上一點去除率情 形的發生，不過整體去除率還是有隨著時間逐漸增加，使水溶液中重金 屬被吸附於向日葵吸附劑表面。最後在吸附時間12~48小時，整體吸附情 況已趨於平緩，其去除率並無在有較大幅度的改變，說明此時吸附已達 到平衡。第二則是在不同pH下進行比較，其結果顯示重金屬銅水溶液中 其PH值偏酸或偏鹼都會影響向日葵吸附重金屬銅的效果，而造成整體去 除率的降低，且在pH2情況下去除率更低到只有4%，但在pH7情況下，向 日葵吸附劑整體去除率與Control組效果較無差別，說明了水中pH的高低 也左右向日葵吸附劑的效果。最後則是不同溫度來進行比較，在溫度20℃

情形下，去除率雖達到34%，但是整體效果還是無法達到預期效益，幾 乎無明顯效果，故向日葵吸附劑應用於重金屬銅污染水溶液中以溫度 20℃而pH7情況下較為合適。

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表 35 向日葵吸附劑於不同條件下對重金屬銅水溶液其去除率之差 異

時間 Cu(Control) Cu(pH7) Cu(pH2) Cu(pH11) Cu(20℃) Cu(40℃) 0 hr 0 % 0 % 0 % 0 % 0 % 0 % 0.1 hr 15.3 % 2.81 % 1.06 % 3.63 % 8.50 % 4.95 % 0.3 hr 13.4 % 2.18 % 2.84 % 2.94 % 17.8 % 3.15 % 1 hr 5.25 % 7.78 % 1.06 % 5.14 % 23.6 % 4.17 % 2 hr 12.2 % 9.03 % 1.14 % 6.10 % 22.9 % 8.96 % 6 hr 13.0 % 11.4 % 1.59 % 8.09 % 24.7 % 10.3 % 12 hr 17.1 % 13.1 % 1.86 % 6.84 % 34.5 % 10.2 % 24 hr 17.0 % 16.0 % 4.24 % 7.39 % 30.3 % 10.3 % 48 hr 17.0 % 16.4 % 4.28 % 7.48 % 34.1 % 10.5 %

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圖 67 不同溫度下向日葵吸附劑對於 Cu 水溶液去除率

接下來則是在重金屬鋅水溶液中利用向日葵生物吸附劑進行實驗，

如下表 36 與圖 69~圖 70，首先也是從 Control 來看，其去除率也隨著吸 附時間而增加，再來是不同 pH 進行探討，可以看到 pH7 時整體去除率 為 22.8%是高於 pH11 的 9.24%和 pH2 的 1%，說明了在重金屬鋅水溶液 下，其 pH 值偏酸或偏鹼都會影響向日葵吸附重金屬銅的效果，造成整體 去除率的下降，且當水中溶液為 pH2 時，去除率低到只有 1%，因為重 金屬鋅會在酸性環境中稀出。接下來則是以溫度來進行比較，以溫度為 40℃時，去除率為 15.3 %高過於溫度 20℃時的 13.9 %，但是從結果來看，

不管是在溫度 20℃或溫度 40℃情形下，去除率與 Control 組(常溫下)並無 太大之差別，代表在重金屬鋅水溶液下，溫度對於向日葵吸附劑較無直 接的影響，故向日葵吸附劑應用於重金屬鋅污染水溶液中以溫度 40℃而 pH7 情況下較為合適。

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表 36 向日葵吸附劑於不同條件下對重金屬鋅水溶液其去除率之差 異

時間 Zn(Control) Zn(pH7) Zn(pH2) Zn(pH11) Zn(20℃) Zn(40℃) 0 hr 0 % 0 % 0 % 0 % 0 % 0 % 0.1 hr 2.17 % 3.29 % 0.230 % 3.95 % 1.28 % 10.0 % 0.3 hr 5.11 % 5.46 % 0.230 % 5.13 % 0.818 % 5.88 % 1 hr 2.88 % 6.64 % 0.359 % 6.93 % 4.40 % 13.0 % 2 hr 6.96 % 11.1 % 0.453 % 5.20 % 4.40 % 12.4 % 6 hr 6.71 % 12.5 % 0.324 % 5.33 % 9.61 % 11.2 % 12 hr 12.0 % 14.9 % 0.712 % 6.35 % 13.3 % 12.7 % 24 hr 10.7 % 21.1 % 1 % 9.24 % 13.1 % 12.6 % 48 hr 13.0 % 22.8 % 1 % 9.23 % 13.9 % 15.3 %

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圖 69 不同溫度下向日葵吸附劑對於 Zn 水溶液去除率

圖 70 不同 pH 值下向日葵吸附劑對於 Zn 水溶液去除率

時間 (hr)

時間 (hr)

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最後則是在重金屬鉛水溶液中利用向日葵生物吸附劑進行實驗，如 下表 37 與圖 71~圖 72，一樣先從 Control 組來看，去除率也隨著吸附時 間的增加而提升，接下來還是一樣從 PH 來進行比較，從結果顯示，向日 葵吸附劑一樣於 pH7 時效果最好，去除率為 11.4%，比 pH2 的 2.95%和 pH11 的 7.37%來的好。接著則是溫度的改變，可以發現在 20℃下去除率 為 6.72%與 Control 組(常溫下)其去除效果是差不多的，反而在 40℃時，

去除率反而低於 Control 組，代表向日葵吸劑在溫度較高時對於鉛的去除 率會相對的降低。且向日葵吸附劑對於重金屬鉛的吸附效率相較於重金 屬銅和鋅來的差，最好的吸附效率則是在水溶液為 pH7 的情況下，其結 果跟在重金屬銅和鋅水溶液吸附下是相同的。代表著 pH 影響向日葵吸附 劑的吸附效率，且 pH 偏酸效果會比偏鹼來的更差，但其溫度的改變對吸 附效果的影響並無較大之差別。

故從上述重金屬銅、鋅和鉛水溶液添加向日葵吸附劑進行吸附結果 得知，影響著吸附效率其重要因素為 pH 之控制，水溶液 pH 過酸或過鹼，

都會造成吸附效果下降，故向日葵吸附劑只適合運用於溫度於 20℃、pH7 左右之中性溶液。

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表 37 向日葵吸附劑於不同條件下對重金屬鉛水溶液其去除率之差 異

時間 Pb(Control) Pb(pH7) Pb(pH2) Pb(pH11) Pb(20℃) Pb(40℃) 0 hr 0 % 0 % 0 % 0 % 0 % 0 % 0.1 hr 0.149 % 2.95 % 0.148 % 0.480 % 1.56 % 1.91 % 0.3 hr 1.05 % 3.36 % 0.184 % 1.40 % 1.02 % 0.795 %

1 hr 2.09 % 2.96 % 0.515 % 2.16 % 3.03 % 1.10 % 2 hr 2.61 % 5.31 % 0.883 % 0.959 % 3.64 % 2.67 % 6 hr 4.35 % 5.77 % 0.920 % 3.60 % 6.02 % 3.94 % 12 hr 4.11 % 9.81 % 2.25 % 4.56 % 4.67 % 5.20 % 24 hr 6.38 % 11.3 % 2.84 % 7.09 % 6.63 % 5.60 % 48 hr 6.60 % 11.4 % 2.95 % 7.37 % 6.72 % 5.67 %

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圖 71 不同溫度下向日葵吸附劑對於 Pb 水溶液去除率