泥炭對(duì)水中重金屬的吸附研究
摘要:泥炭的原始物質(zhì)主要來自蘚類和草本植物,是在低溫、酸性和厭氧環(huán)境中形成的,作為天然生物活性物質(zhì)的載體,泥炭比褐煤、風(fēng)化煤等含有的大分子物質(zhì)豐富得多。因此,泥炭具有廣闊的綜合利用價(jià)值。我國的泥炭資源非常豐富,總儲(chǔ)量約50億噸以上,合理地開發(fā)和利用泥炭,對(duì)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè),環(huán)境保護(hù)具有重要的意義。
關(guān)鍵詞:泥炭;重金屬離子;吸附
現(xiàn)代工業(yè)和其它產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,城市人口的增長使環(huán)境污染越來越嚴(yán)重,使目前為數(shù)不多的水源遭到了大量的污染。生活污水,工業(yè)廢水,農(nóng)田農(nóng)藥化肥等的水溶物和廢氣的淋洗物等對(duì)水體進(jìn)行了大量的污染使水體內(nèi)部平衡被破壞水體失去自我凈化的能力,重金屬污染物大量富積。包括砷、汞、鎘、鉛、鎳、銅等大量重金屬污染物等,嚴(yán)重危害正常的生產(chǎn)工作和生活。
1 重金屬的危害
1.1 鎳的危害
鎳可引起接觸性皮炎。大量口服時(shí)會(huì)出現(xiàn)嘔吐(像銅中毒一樣)、腹瀉、急性胃腸炎和齒齦炎,長期接觸,能使頭發(fā)變白。長期接觸低濃度羰基鎳,可能會(huì)全身中毒,導(dǎo)致肺、肝、腦等損害,并可能導(dǎo)致肺癌、胃癌、副鼻竇癌的發(fā)病率和死亡率增高。
1.2 銅的危害
攝入過量的銅是有害的,銅鹽尤其是醋酸銅和硫酸銅的毒性比銅本身大。有色冶金廢水中的銅多為硫酸銅。人口服硫酸銅的致死量約為10g,有時(shí)口服0.65～0.975g即可產(chǎn)生嚴(yán)重中毒。
2 泥炭吸附重金屬的機(jī)理
吸附機(jī)理有離子交換、絡(luò)合、表面吸附、化學(xué)吸附等四種,離子交換法在廢水處理口中應(yīng)用較廣,主要用于去除廢水中的金屬離子。泥炭還可通過絡(luò)合、表面吸附和化學(xué)吸附從水中吸附重金屬離子。
3 PH值對(duì)吸附率的影響
3.1 實(shí)驗(yàn)方法
為防止PH過高重金屬離子發(fā)生沉淀,在酸性范圍內(nèi)設(shè)了pH從2到7的六個(gè)梯度。配制50mg/L 的Cu2 、Ni2 溶液100ml,調(diào)pH分別至2,3,4,5,6,7,并置于250ml具塞三角燒杯中,加入泥炭(0.2g),室溫條件下振蕩2小時(shí)(150r/min),過濾,取濾液,用原子吸收法檢測Cu2 ,用丁二酮肟光度法檢測Ni2 。
3.2 PH對(duì)泥炭吸附重金屬的影響
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),PH對(duì)泥炭吸附效率的影響很大,在PH2～6之間吸附效果顯著增大,在6的時(shí)候取得最大值,達(dá)到了68.94%;當(dāng)PH為7的時(shí)候泥炭對(duì)銅離子的吸附效果則開始下降,變?yōu)?8.51%。所以說當(dāng)PH為6的時(shí)候泥炭對(duì)銅離子的吸附效果最好,接近70%。同理,鎳離子在PH2～6之間吸附效果顯著增大,在6的時(shí)候取得最大值,達(dá)到了83.57%;當(dāng)PH為7的時(shí)候泥炭對(duì)鎳離子的吸附效果則開始下降,變?yōu)?8.63%。所以說當(dāng)PH為6的時(shí)候泥炭對(duì)鎳離子的吸附效果最好,接近85%。
4 金屬離子的初始濃度對(duì)吸附效率的影響
4.1 實(shí)驗(yàn)方法
分別配制濃度為5、10、20、50、100mg/L的Cu2 、Ni2 溶液100ml,調(diào)pH至最佳,置于250ml具塞三角燒杯中,加入泥炭(0.2g),室溫條件下振蕩2小時(shí)(150r/min),過濾,取濾液,用原子吸收法檢測Cu2 ,用丁二酮肟光度法檢測Ni2 。
4.2 初使?jié)舛葘?duì)泥炭吸附效果的影響
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),隨著起始濃度的增加,泥炭的去除率在50%的時(shí)候明顯變緩,可以確定在初始濃度50mg/L的時(shí)候是最好的實(shí)驗(yàn)條件。此時(shí)單位質(zhì)量的泥炭去除的鎳離子的數(shù)量最大。同理,鎳離子隨著起始濃度的增加,泥炭的去除率在50%的時(shí)候明顯變緩,可以確定在初始濃度50mg/L的時(shí)候是最好的實(shí)驗(yàn)條件。此時(shí)單位質(zhì)量泥炭去除的銅離子的數(shù)量最大。
5 泥炭投加量對(duì)吸附效果的影響
5.1 實(shí)驗(yàn)方法
配制50mg/L Cu2 、Ni2 兩種重金屬離子溶液,分別各取100ml,每種金屬離子溶液取6組,調(diào)pH至最佳,置于250ml具塞三角燒杯中,分別加入0.05、0.1、0.2、0.3g的泥炭,于室溫下振蕩2小時(shí)(150r/min),過濾,取濾液,用原子吸收法檢測Cu2 ,用丁二酮肟光度法檢測Ni2 。
5.2 泥炭投入量對(duì)吸附重金屬的影響
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)投加量到0.2的時(shí)候,吸附效率有顯著的提高,然后吸附效果的增加開始放緩,可以確定,在投加量為0.2的時(shí)候泥炭的經(jīng)濟(jì)價(jià)值最明顯,也能夠減小設(shè)備的負(fù)擔(dān)。所以對(duì)于銅離子來說,投加量為0.2的時(shí)候是最好的。同理,鎳離子當(dāng)投加量到0.2的時(shí)候,吸附效率有了一個(gè)顯著的提高,然后吸附效果的增加開始放緩,可以確定,在投加量為0.2的時(shí)候泥炭的經(jīng)濟(jì)價(jià)值最明顯。所以對(duì)于鎳離子來說,投加量為0.2的時(shí)候是最好的。
6 時(shí)間對(duì)吸附效果的影響
6.1 實(shí)驗(yàn)方法
配制50mg/L Cu2 、Ni2 兩種重金屬離子溶液,分別各取100ml,每種金屬離子溶液取6組,調(diào)pH至最佳,置于250ml具塞三角燒杯中,分別加入0.2g的泥炭,于室溫下振蕩10、30、60、90(150r/min),過濾,取濾液,用原子吸收法檢測Cu2 ,用丁二酮肟光度法檢測Ni2 。
6.2 吸附時(shí)間對(duì)泥炭吸附重金屬的影響
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在開始的20分鐘時(shí)間里,泥炭對(duì)銅離子的吸附速度很快;在接下來的70分鐘里,泥炭對(duì)銅離子的吸附增長速度緩慢;從90分鐘以后,泥炭對(duì)銅離子基本上沒有再吸附,所以認(rèn)為把標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間定在穩(wěn)定期是合理的,即120分鐘。同理,鎳離子在開始的30分鐘時(shí)間里,泥炭對(duì)鎳離子的吸附速度很快;在接下來的60分鐘里,泥炭對(duì)鎳離子的吸附增長速度緩慢;從90分鐘以后,泥炭對(duì)鎳離子基本上沒有再吸附。
7正交設(shè)計(jì)表
7.1 Cu2 正交設(shè)計(jì)表
如圖所示,當(dāng)投加量為0.2,PH值為6.5,震蕩時(shí)間為60分鐘,初始濃度為0.05mg/L的時(shí)候,吸附效果最好。
7.2 Ni2 正交設(shè)計(jì)
如圖所示,當(dāng)投加量為0.25,PH值為6,震蕩時(shí)間為60分鐘,初始濃度為 0.06mg/L的時(shí)候,吸附效果最好。
結(jié)論
1.當(dāng)PH為6的時(shí)候泥炭對(duì)鎳離子的吸附效果最好,接近85%;銅離子的吸附效果最好,超過95%。
2.在初始濃度50mg/L的時(shí)候,單位質(zhì)量的泥炭去除的鎳離子、銅離子的數(shù)量最大。
3.當(dāng)投加量到0.2的時(shí)候,吸附效率有了一個(gè)顯著的提高,然后吸附效果的增加開始放緩,可以確定,在投加量為0.2的時(shí)候泥炭的經(jīng)濟(jì)價(jià)值最明顯。
4.從實(shí)驗(yàn)中可以得出泥炭對(duì)銅離子、鎳離子的完全吸附時(shí)間在90分鐘。
5.通過正交實(shí)驗(yàn)確定各離子的最佳實(shí)驗(yàn)條件。當(dāng)投加量為0.2,PH值為6.5,震蕩時(shí)間為60分鐘,初始濃度為0.05mg/L時(shí),為銅離子的最佳實(shí)驗(yàn)條件,吸附效果最好。當(dāng)投加量為0.25,PH值為6,震蕩時(shí)間為60分鐘,初始濃度為0.06mg/L時(shí),為鎳離子的最佳實(shí)驗(yàn)條件,吸附效果最好。
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