CN103599754A

CN103599754A - 一种处理含铅废水的生物质吸附剂及其制备和应用

Info

Publication number: CN103599754A
Application number: CN201310683272.1A
Authority: CN
Inventors: 赵晓祥; 尹珊珊; 刘喆; 耿艳芳; 王玥; 吕睿哲
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2033-12-13
Also published as: CN103599754B

Abstract

本发明涉及一种处理含铅废水的生物质吸附剂及其制备和应用，由玉米叶洗涤、干燥后破碎过筛制成，粒径为4-6mm；制备：将玉米叶洗涤，然后浸泡洗涤，干燥，得到干燥后的玉米叶，然后剪碎，筛选，即得；应用：调节待处理的含铅废水的pH为1-6，然后加入玉米叶生物吸附剂，震荡，吸附。本发明制备的玉米叶生物质吸附剂因为材料来源广泛，成本低廉，制备步骤少，对含铅废水处理效果好，很容易进行大规模生产加工。

Description

一种处理含铅废水的生物质吸附剂及其制备和应用

技术领域

本发明属于废水吸附剂及其制备和应用领域，特别涉及一种处理含铅废水的生物质吸附剂及其制备和应用。

背景技术

电镀、金属加工、矿石处理、矿物冶炼、电池制造、石油精炼、油漆颜料、杀虫剂、印刷电子等行业都需要用到金属铅，铅在广泛应用的同时也对环境带来了不同程度的伤害。传统的含铅废水处理技术有：沉淀法/共沉淀法，化学还原法，捕集剂法，吸附、萃取、蒸发和凝固法，离子交换和膜分离等。这些传统处理方法的缺点是：化学试剂或能量消耗较大；运行成本高或难以大规模应用。因此高效、低成本的生物质吸附材料成为当前吸附法处理重金属污染的一个研究热点。

生物质是指任何可再生的或可循环的有机物质，包括专用的能源作物与能源林木，粮食作物和饲料作物残留物，树木和木材废弃物及残留物，各种水生植物、草、残留物、纤维和动物废弃物、城市垃圾和其他废弃材料等。目前，被开发用于处理重金属废水的生物质材料主要包括：稻壳、锯末、甘蔗渣、杂草、玉米秸秆、玉米芯、花生壳、竹炭、柚皮、板蓝根药渣、松针、柿子、橘子皮、茶叶渣、笋壳、黑荆树皮等等，极少有用玉米叶作为吸附剂来吸附重金属的研究。因生物体细胞壁的特殊结构，其对重金属离子有很大的亲和性。生物吸附法的优点：对低浓度重金属废水有良好的吸附效果、吸附容量大、速度快、吸附设备简单、步骤少、成本低等。其缺点是，未经改性的生物质吸附剂直接应用会导致处理后的水溶液有较高的TOC、BOD。

玉米叶在我国北方产量丰富，经济价值低廉，具有良好的机械性能。玉米是一年生禾本科草本植物，是重要的粮食作物和重要的饲料来源，也是全世界总产量最高的粮食作物。玉米是三大粮食作物中最适合作为工业原料的产品，也是加工程度最高的粮食作物，玉米加工的产品主要是淀粉及酒精，其它产品多是这两个产品更深层次的加工品或生产的副产品。伴随玉米深加工产业的不断发展，玉米叶除了主要用于牲畜饲料外，没有其它大的工业价值，大都被废弃于农田或者焚烧。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种处理含铅废水的生物质吸附剂及其制备和应用，该发明成本低廉、来源广泛，制备过程简单，对含铅废水有良好的处理效果。

本发明的一种处理含铅废水的生物质吸附剂，由玉米叶洗涤、干燥后破碎过筛制成，粒径为4-6mm。

本发明的一种处理含铅废水的生物吸附剂的制备方法，包括：

将玉米叶用洗涤去除土壤和杂质，然后浸泡去除可溶物质，干燥，得到干燥后的玉米叶，

然后剪碎，筛选，得到生物质吸附剂。

所述洗涤为用水洗涤3-5次。

所述浸泡为用蒸馏水浸泡时间为20-30min。

所述干燥为用鼓风干燥箱在50-55℃条件下干燥，干燥时间为3-4h。

所述剪碎后分别过孔径为4、6、7mm的标准检验筛，得到的孔径小于4mm，孔径为4-6mm，孔径大于7mm的玉米叶子，然后分别装袋备用。

本发明的一种处理含铅废水的生物质吸附剂的应用，处理含铅废水的方法为：调节待处理的含铅废水的pH为1-6，然后加入生物质吸附剂，震荡，吸附，其中含铅废水和生物质吸附剂的比例为30-50ml:0.1-0.2g，吸附温度为20-60℃，吸附时间为0.5-12h；其中含铅废水中铅的浓度为20-100mg·L^-1。

所述含铅废水中铅的浓度为80mg·L^-1，含铅废水和生物质吸附剂的用量为40ml:0.170g。

所述调节pH值为用0.1mol·L^-1的盐酸和/或氢氧化钠调节溶液pH。

所述pH为5。

所述震荡速率为100-150rpm。

所述吸附温度为25℃，吸附时间为3h。

有益效果

（1）本发明制备的玉米叶生物质吸附剂因为材料来源广泛，成本低廉，制备步骤少，对含铅废水处理效果好，很容易进行大规模生产加工；

（2）本发明的玉米叶生物质吸附剂的吸附率高，吸附效果好。

附图说明

图1是所述玉米叶生物质吸附剂吸附前的红外图；

图2是所述玉米叶生物质吸附剂吸附前、后对比红外图；其中a：玉米叶生物质吸附剂吸附前的红外图；b：玉米叶生物质吸附剂吸附后的红外图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

将玉米叶先用自来水洗涤去除土壤和杂质，再用蒸馏水浸泡洗涤去除可溶物质，用鼓风干燥箱在50℃下干燥，干燥后的玉米叶子用剪刀剪碎，破碎后分别过孔径为4、6、7mm的标准检验筛。得到的孔径小于4mm，孔径为4-6mm，孔径大于7mm的玉米叶子，然后分别装袋备用。

用实施例1制备得到的生物质吸附剂进行以下实施例2-7中的去除Pb²⁺的吸附实验。

实施例2

准确移取40mL，一定浓度的Pb²⁺溶液置于250mL的锥形瓶中，用0.1mol·L^-1的盐酸/氢氧化钠调节pH值，加入一定量未经处理的孔径为4-6mm的玉米叶作为吸附剂，在一定温度下，在转速为120rpm的恒温振荡器上吸附一定时间后，用网眼为2mm的网过滤，取滤液，稀释不同的倍数，用火焰原子吸收分光光度计测定Pb²⁺的浓度。

影响玉米叶吸附重金属铅的因素有：铅的初始浓度、pH值、吸附剂的量、吸附时间、吸附温度等等。为了确定各因素对吸附率的影响显著程度，设计四因素多水平的正交实验，实验采用L₁₆（4³×2⁶）正交表进行。各因素水平见表1，实验结果见表2。

表1正交实验因素水平

表2正交实验方案，实验结果与极差分析

由正交实验显示四因素的极差R分布依次为36.63，25.99，12.12，2.92，即它们对吸附率的影响排序由主到次为：金属初始质量浓度、pH值、吸附剂量、吸附时间。

Pb²⁺的吸附率按照以下公式计算（下同）：

上式中，C₀为吸附前废水中Pb²⁺浓度(mg·L^-1)，C为吸附后废水中的Pb²⁺浓度(mg·L^-1)。

实施例3

准确移取40mL一定浓度的Pb²⁺溶液置于250mL的锥形瓶中，用0.1mol·L^-1的盐酸/氢氧化钠调节pH为5，加入0.150g未经处理的孔径为4-6mm的玉米叶作为吸附剂，25℃下，在转速为120rpm的恒温振荡器上吸附5h后，用网眼为2mm的网过滤，取滤液，稀释不同的倍数，用火焰原子吸收分光光度计测定Pb²⁺的浓度，结果如表3所示：

表3：玉米叶吸附剂在不同初始质量浓度的含Pb²⁺废水中对Pb²⁺的去除效果

初始Pb²⁺浓度（mg·L^-1）	20	40	50	60	80	100
							吸附率（%）	74.76	75.24	75.94	78.24	78.70	76.72

由表3可知，初始质量浓度为80mg·L^-1时，Pb²⁺的去除效果最好。

实施例4

准确移取40mL、80mg·L^-1的Pb²⁺溶液置于250mL的锥形瓶中，用0.1mol·L^-1的盐酸/氢氧化钠调节pH值，加入0.150g未经处理的孔径为4-6mm的玉米叶作为吸附剂，在25℃下，在转速为120rpm的恒温振荡器上吸附5h后，用网眼为2mm的网过滤，取滤液，稀释不同的倍数，用火焰原子吸收分光光度计测定Pb²⁺的浓度，结果如表4所示。

表4：玉米叶吸附剂在不同pH值条件下对Pb²⁺的去除效果

pH值	2	3	4	5	6
						吸附率（%）	10.15	78.44	83.56	84.45	72.69

由表4可知，pH值为5时，Pb²⁺的去除效果最好。

实施例5

准确移取40mL、80mg·L^-1的Pb²⁺溶液置于250mL的锥形瓶中，用0.1mol·L^-1的盐酸/氢氧化钠调节pH为5，加入一定量未经处理的孔径为4-6mm的玉米叶作为吸附剂，在25℃下，在转速为120rpm的恒温振荡器上吸附5h后，用网眼为2mm的网过滤，取滤液，稀释不同的倍数，用火焰原子吸收分光光度计测定Pb²⁺的浓度，结果如表5所示。

表5：玉米叶吸附剂在不同量的条件下对Pb²⁺的去除效果

吸附剂量(g)	0.100	0.130	0.140	0.170	0.200
						吸附率（%）	76.19	78.64	79.71	80.77	77.17

如表5所示，吸附剂量为0.170g时，Pb²⁺的去除效果最好。

实施例6

准确移取40mL、80mg·L^-1的Pb²⁺溶液置于250mL的锥形瓶中，用0.1mol·L^-1的盐酸/氢氧化钠调节pH为5，加入0.170g未经处理的孔径为4-6mm的玉米叶作为吸附剂，在25℃下，在转速为120rpm的恒温振荡器上吸附一定时间后，用网眼为2mm的网过滤，取滤液，稀释不同的倍数，用火焰原子吸收分光光度计测定Pb²⁺的浓度，实验结果如表6所示。

表6：玉米叶吸附剂在不同吸附时间的条件下对Pb²⁺的去除效果

吸附时间（min）

3

5

7

30

60

120

180

300

吸附率（%）

23.72

23.87

33.14

60.95

73.28

77.81

82.12

80.77

如表6所示，吸附时间为3h时，吸附基本达到平衡，随着时间的延长还有解析现象发生，导致吸附率下降，所以吸附的最佳时间为3h。

实施例7

准确移取40mL、80mg·L^-1的Pb²⁺溶液置于250mL的锥形瓶中，用0.1mol·L^-1的盐酸/氢氧化钠调节pH为5，加入0.170g未经处理的孔径为4-6mm的玉米叶作为吸附剂，在一定温度下，在转速为120rpm的恒温振荡器上吸附3h后，用网眼为2mm的网过滤，取滤液，稀释不同的倍数，用火焰原子吸收分光光度计测定Pb²⁺的浓度，实验结果如表7所示。

表7：玉米叶吸附剂在不同温度下对Pb²⁺的去除效果

温度（℃）	20	25	30	40	50	60
							吸附率（%）	79.36	82.12	73.82	74.96	76.51	80.51

如表7所示，温度为25℃时，Pb²⁺的去除效果最好。

实施例8

实施例1所述玉米叶吸附剂经研磨、过200目标准筛制得粉末，用傅立叶红外光谱仪采用KBr压片法测量，结果如图1所示。

如图1所示，在3442.55cm^-1处的峰宽且强，来自于多聚体中的O-H伸缩振动。在1640-1560cm^-1处的峰中等强度，来自于氨基的N-H面内弯曲振动。在1400cm^-1左右的峰来自于C-H弯曲振动。在1000-1200cm^-1处的峰来自于C-O伸缩振动，650cm^-1左右的峰宽、强度中等，来自于O-H面外弯曲振动。

取实施例2中吸附后的，具有最大吸附量(63.240mg·g^-1)的第15号样，干燥、研磨、过筛，用傅立叶红外光谱仪测量，结果如图2的红线所示。

玉米叶吸附前后的红外图经过对比发现：吸附后玉米叶的红外谱图中峰发生了不同程度的移动，如3442.55cm^-1，1640.40cm^-1，1420.53cm^-1，1074.21cm^-1，471.63cm^-1等处依次移动到3425.80cm^-1，1631.25cm^-1，1416.49cm^-1，1051.21cm^-1，471.25cm^-1。其中来自于C-O伸缩振动和O-H伸缩振动的峰波数移动的最大。研究表明：吸附过程参与作用的官能团主要是羟基和羧基。

Claims

1.一种处理含铅废水的生物质吸附剂，其特征在于：由玉米叶洗涤、干燥后破碎过筛制成，粒径为4-6mm。

2.一种如权利要求1所述的处理含铅废水的生物吸附剂的制备方法，包括：

将玉米叶洗涤，然后浸泡，干燥，得到干燥后的玉米叶，然后剪碎，筛选，得到生物质吸附剂。

3.根据权利要求2所述的一种处理含铅废水的生物质吸附剂的制备方法，其特征在于：所述浸泡洗涤为用蒸馏水浸泡时间为20-30min。

4.根据权利要求2所述的一种处理含铅废水的生物质吸附剂的制备方法，其特征在于：所述干燥为用鼓风干燥箱在50-55℃条件下干燥，干燥时间为3-4h。

5.一种如权利要求1所述的处理含铅废水的生物质吸附剂的应用，其特征在于：处理含铅废水的方法为：调节待处理的含铅废水的pH为1-6，然后加入生物质吸附剂，震荡，吸附，其中含铅废水和生物质吸附剂的比例为30-50ml:0.1-0.2g，吸附温度为20-60℃，吸附时间为0.5-12h；其中含铅废水中铅的浓度为20-100mg·L^-1。

6.根据权利要求5所述的一种处理含铅废水的生物质吸附剂的应用，其特征在于：所述含铅废水中铅的浓度为80mg·L^-1，含铅废水和生物质吸附剂的用量为40ml:0.170g。

7.根据权利要求5所述的一种处理含铅废水的生物质吸附剂的应用，其特征在于：所述调节pH值为用0.1mol·L^-1的盐酸和/或氢氧化钠调节溶液pH。

8.根据权利要求5所述的一种处理含铅废水的生物质吸附剂的应用，其特征在于：所述pH为5。

9.根据权利要求5所述的一种处理含铅废水的生物质吸附剂的应用，其特征在于：所述震荡速率为100-150rpm。

10.根据权利要求5所述的一种处理含铅废水的生物质吸附剂的应用，其特征在于：所述吸附温度为25℃，吸附时间为3h。