CN101269858B - 桂圆壳在吸附重金属离子中的应用及使用桂圆壳吸附重金属离子的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了桂圆壳在吸附重金属离子中的应用。本发明的有益效果：桂圆壳是废弃物质，本发明属于废物利用，成本十分低廉。且在同类吸附剂中，桂圆壳的预处理十分简便容易，不需要特殊的处理过程。

Description

桂圆壳在吸附重金属离子中的应用及使用桂圆壳吸附重金属离子的方法

技术领域

桂圆壳在吸附重金属离子中的应用及使用桂圆壳吸附重金属离子的方法

背景技术

随着工业化水平的迅速发展，作为进行工业生产等不可或缺的材料之一的重金属，在人类的生产生活中起着越来越重要的作用。但是它们中大多数都对人类和生态环境有着重大危害，例如汞、铅、铬等金属对生物体都具有很强的危害性，并可能通过食物链的富集作用进入人体。所以，有害金属污染成为全球关注的热点问题。目前，治理有害金属污染方法很多。近年来，吸附剂吸附法以其廉价高效等特点受到越来越多的重视。而在众多吸附剂中，天然吸附剂又以其具有原料来源丰富、成本低廉、品种多样、环境友好等优点而受到人们青睐。

天然吸附剂成本的高低，又在于其前期预处理的繁琐程度上。大多数的天然重金属吸附剂都是采用废弃物质来作为原料的。例如，一种用羽毛作为重金属离子的吸附剂的方法。将一定量的羽毛纤维浸于5％(m/V)TA试剂的水溶液中，浴比为1∶100，在70℃下反应1～13h(杨崇岭，关丽涛，赵耀明，等.羽毛的化学改性及其对Cu²⁺的吸附.农业环境科学学报，2007，26(1)：344-349)。然后，将羽毛纤维放到瓷漏斗中用流水充分漂洗至中性，再用蒸馏水润洗并脱水，室温下风干作为吸附备用。此方法的前期预处理工作就十分繁琐，这样使操作过程变得十分冗长，而使羽毛这种天然吸附剂难以成为综合性能优异的重金属离子吸附剂。另有一种蘑菇培养基废料去除含铅工业废水的方法，其将培养基高温灭菌并粉碎处理，制成蘑菇培养基废料生物吸附剂(陈桂秋，曾光明，黄国和等.利用蘑菇培养基废料去除含铅工业废水的方法.中国，CN1657431A，2005)。此方法虽然预处理工程简单易行，但其吸附时间要24～48小时，十分漫长。所以也无法挤身综合性能高的天然重金属离子吸附剂的行列。再有一种鸡蛋壳作为重金属离子吸附剂的制备方法(王睿.一种重金属离子吸附剂的制备方法.中国，CN 1478594A，2004)，其特征在于：将废弃的鸡蛋壳在4％～10％的NaOH溶液中煮沸，脱去内膜，用蒸馏水洗涤至中性，放在红外线干燥箱中烘干，然后粉碎。此方法相对简捷一些，但仍存在继续将预处理过程尽量缩短的空间。

在对重金属离子的处理过程中，人们更关心的是处理结果，也就是吸附率的高低。例如，未经交联改性的壳聚糖对初始浓度为200mg/L的HgCl₂的最大去除率只有55％(Elaine C N，Fernanda S C，Eunice F S，et al.Journal of Colloid and InterfaceScience，2003，263：542-547)。当然，经过交联或化学改性可以大大提高壳聚糖对重金属离子的吸附性能，但是改性过程带来的成本投入却使得原料本身的廉价优势不再明显，也使天然高分子重金属离子吸附剂失去了可以与合成吸附剂争夺市场的最根本的优势。

综上所述，可以发现目前天然重金属离子吸附剂中存在预处理过程繁琐，吸附时间比较长，吸附率不高等问题，而找到一种成本低廉，预处理简便，吸附率高且能同时吸附多种重金属离子的天然重金属离子吸附剂是十分重要的。

发明内容

本发明的目的主要是根据现有技术中的不足，提供桂圆壳在吸附重金属离子中的应用及使用桂圆壳吸附重金属离子的方法。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

桂圆壳在吸附重金属离子中的应用。

其中，所属的重金属离子选自铅离子、汞离子、镉离子或铬离子。

其中，所述的重金属离子以硝酸盐、氯化盐或硫酸盐形式存在。

本发明的另一个目的是提供一种使用桂圆壳吸附重金属离子的方法，其特征在于，将桂圆壳用去离子水洗涤，干燥，粉碎后加入重金属离子溶液中。

其中，将桂圆壳加入重金属离子溶液后，保持溶液温度为10～50℃。

其中，重金属离子初始浓度范围为20～600mg/L。

其中，桂圆壳与重金属离子的重量比大于1。

其中，将桂圆壳加入重金属离子溶液后，吸附3分钟以上。

本发明所述的桂圆壳吸附重金属离子的方法，采用静态吸附法(或称批次法)，具体步骤如下：

使用桂圆壳吸附重金属离子后，过滤，滤液中残留的重金属离子浓度采用EDTA络合滴定法，然后按照(1)式计算吸附剂的吸附容量，按照(2)式计算汞离子的吸附率。

$Q=\frac{(C_0-C)V}{W}---\left(1\right)$

$q=\frac{(C_O-C)}{C_O}\×100\%---\left(2\right)$

Q：重金属离子的吸附容量(mg/g)；

q：重金属离子吸附百分率；

C_o：初始重金属离子浓度(mg/L)；

C：吸附后残留重金属离子浓度(mg/L)；

V：含重金属离子溶液体积(mL)；

W：加入桂圆壳的重量(g)。

根据桂圆壳吸附一定浓度的重金属离子时吸附率和吸附容量随吸附时间的变化，可绘制出吸附率和吸附容量随时间的变化曲线，由该曲线可获得某一重金属离子浓度下的吸附平衡时间和最大吸附率及吸附容量。

本发明的有益效果：桂圆壳是废弃物质，本发明属于废物利用，成本十分低廉。且在同类吸附剂中，桂圆壳的预处理十分简便容易，不需要特殊的处理过程。桂圆壳在常温下就对铅离子和汞离子有很快的吸附速率，短时间即可达到吸附平衡，其中对汞离子的吸附速率尤其快，且吸附率高。当降低铅离子浓度时，其吸附率有所提高，十分适合处理低浓度的含铅废水。在竞争吸附过程中，桂圆壳对铅离子表现出了更好的吸附性能，所以其选择性吸附性能也是桂圆壳作为重金属离子吸附剂的一大优势。综合考虑原料成本，处理成本和吸附性能，桂圆壳吸附剂具有很大的潜在实际应用价值。在对含有铜离子、铁离子、锌离子这些人体微量元素的溶液进行吸附时，桂圆壳对它们的吸附率极低，加上桂圆壳本身无毒，所以也可用于营养液制造行业中。

附图说明

图1为实施例1-5所测得的桂圆壳对Pb²⁺吸附效果图；

图2为实施例6-13所测得的桂圆壳对Pb²⁺的吸附效果图；

图3为实施例16-22所测得的桂圆壳对Hg²⁺的吸附效果图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明：

实施例1～5

取50mg桂圆壳投入30℃、初始浓度为200mg/L的25mL硝酸铅溶液中搅拌吸附2小时，滤纸过滤后，用EDTA络合滴定法滴定滤液中残留铅离子含量，结果表明，此种状况下吸附率为46.9％，吸附容量为46.9mg/g。同样条件下，改变吸附剂用量时间分别为100mg、200mg、300mg、400mg，所得吸附率分别为59.4％、81.2％、83.3％、83.3％，吸附容量分别为29.7mg/g、20.3mg/g、13.9mg/g、13.9mg/g。

由此可得到用桂圆壳吸附初始铅离子浓度200mg/L的铅离子，当桂圆壳用量为300mg时，吸附率达到最大值83.3％。

实施例6～13

取300mg桂圆壳投入30℃、初始浓度为200mg/L的25mL硝酸铅溶液中搅拌吸附3分钟，滤纸过滤后，用EDTA络合滴定法滴定滤液中残留铅离子含量，结果表明，此种状况下吸附率为65.8％，吸附容量为11.0mg/g。同样条件下，改变吸附时间分别为5分钟、10分钟、20分钟、30分钟、60分钟、120分钟、180分钟，所得吸附率分别为72.4％、75.0％、77.0％、78.6％、80.6％、83.3％、83.2％，吸附容量分别为11.0mg/g、12.1mg/g、12.5mg/g、12.8mg/g、13.1mg/g、13.9mg/g、13.9mg/g。

由此可得到桂圆壳吸附初始铅离子浓度200mg/L的铅离子时平衡吸附时间为120分钟。

实施例14～15

取300mg桂圆壳投入30℃、初始浓度为50mg/L的25mL硝酸铅溶液中搅拌吸附2小时，滤纸过滤后，用EDTA络合滴定法滴定滤液中残留铅离子含量，结果表明，此种状况下吸附率为86.7％，吸附容量为3.6mg/g。同样条件下，改变所处理的硝酸铅溶液的初始浓度为20mg/L，用电感耦合等离子发射光谱ICP检测滤液中残留铅离子含量，结果表明，此种状况下吸附率为92.1％，吸附容量为1.5mg/g。

实施例16～22

取300mg桂圆壳投入30℃、初始浓度为200mg/L的25mL硝酸汞溶液中搅拌吸附5分钟，滤纸过滤后，用EDTA络合滴定法滴定滤液中残留汞离子含量，结果表明，此种状况下吸附率为90.4％，吸附容量为15.1mg/g。同样条件下，改变吸附时间分别为10分钟、20分钟、30分钟、60分钟、120分钟、180分钟，所得吸附率分别为93.6％、96.4％、97.6％、98.3％、98.3％、98.3％，吸附容量分别为15.6mg/g、16.1mg/g、16.3mg/g、16.4mg/g、16.4mg/g、16.4mg/g。

由此可得到桂圆壳吸附初始汞离子浓度200mg/L的铅离子时平衡吸附时间为60分钟。

实施例23～24

取300mg桂圆壳投入50℃、初始浓度均为200mg/L的25mL硝酸汞溶液中搅拌吸附60分钟，滤纸过滤后，用EDTA络合滴定法滴定滤液中残留汞离子含量，结果表明，此种状况下吸附率为98.8％，吸附容量为16.47mg/g。同样条件下，改变吸附温度分别为20℃、10℃，所得吸附率分别为93.5％和91.0％，吸附容量为15.6mg/g和15.2mg/g。

实施例25

取300mg桂圆壳投入20℃、初始浓度为200mg/L的25mL硝酸铅溶液中搅拌吸附2小时，滤纸过滤后，用EDTA络合滴定法滴定滤液中残留铅离子含量，结果表明，此种状况下吸附率为81.5％，吸附容量为13.6mg/g。

实施例26

取300mg桂圆壳投入30℃、初始浓度为200mg/L的25mL硫酸铜离子溶液中搅拌吸附2小时，滤纸过滤后，用EDTA络合滴定法滴定滤液中残留铜离子含量，结果表明，此种状况下吸附率为5.92％，吸附容量为0.99mg/g。

实施例27

取300mg桂圆壳投入30℃、初始浓度为200mg/L的25mL三氯化铁溶液中搅拌吸附2小时，滤纸过滤后，用EDTA络合滴定法滴定滤液中残留铁离子含量，结果表明，此种状况下吸附率为1.44％，吸附容量为0.24mg/g。

实施例28

取300mg桂圆壳投入30℃、初始浓度为200mg/L的25mL硫酸锌溶液中搅拌吸附2小时，滤纸过滤后，用EDTA络合滴定法滴定滤液中残留锌离子含量，结果表明，此种状况下吸附率为16.0％，吸附容量为2.67mg/g。

实施例29

取300mg桂圆壳投入30℃、初始浓度均为20mg/L的25mL硝酸铅和硝酸汞混合溶液中搅拌吸附2小时，滤纸过滤后，用ICP检测滤液中残留两种离子含量，结果表明，此种状况下铅离子的吸附率为95.0％，吸附容量为1.58mg/g；汞离子的吸附率为86.4％，吸附容量为1.44mg/g。

实施例30

取300mg桂圆壳投入30℃、初始浓度为200mg/L的25mL硫酸镉溶液中搅拌吸附2小时，滤纸过滤后，用EDTA络合滴定法滴定滤液中残留镉离子含量，结果表明，此种状况下吸附率为5.8％，吸附容量为0.97mg/g。

实施例31

取300mg桂圆壳投入30℃、铬离子初始浓度为200mg/L的25mL重铬酸钾溶液中搅拌吸附2小时，滤纸过滤后，用ICP测试残留铬离子含量，结果表明，此种状况下吸附率为21.3％，吸附容量为3.5mg/g。

上述实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域技术人员可以想到的其他替代手段，均在本发明权利要求范围内。

Claims (8)

1.桂圆壳在吸附重金属离子中的应用。

2.根据权利要求1所述的桂圆壳在吸附重金属离子中的应用，其特征在于，所属的重金属离子选自铅离子、汞离子、镉离子或铬离子。

3.根据权利要求1所述的桂圆壳在吸附重金属离子中的应用，其特征在于，所述的重金属离子以硝酸盐、氯化盐或硫酸盐的形式存在。

4.根据权利要求1所述的桂圆壳在吸附重金属离子中的应用，其特征在于，使用桂圆壳吸附重金属离子的方法为：将桂圆壳用去离子水洗涤，干燥，粉碎后加入重金属离子溶液中。

5.根据权利要求4所述的桂圆壳在吸附重金属离子中的应用，其特征在于，将桂圆壳加入重金属离子溶液后，保持溶液温度为10～50℃。

6.根据权利要求4所述的桂圆壳在吸附重金属离子中的应用，其特征在于，重金属离子初始浓度范围为20～600mg/L。

7.根据权利要求4所述的桂圆壳在吸附重金属离子中的应用，其特征在于，桂圆壳与重金属离子的重量比大于1。

8.根据权利要求4所述的桂圆壳在吸附重金属离子中的应用，其特征在于，将桂圆壳加入重金属离子溶液后，吸附3分钟以上。

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