CN103771555B

CN103771555B - 一种应用玉米衣作为处理含铅废水的生物质吸附剂的方法

Info

Publication number: CN103771555B
Application number: CN201410012166.5A
Authority: CN
Inventors: 赵晓祥; 尹珊珊; 王玥
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2034-01-10
Also published as: CN103771555A

Abstract

本发明涉及一种应用玉米衣作为处理含铅废水的生物质吸附剂的方法，包括：（1）将玉米衣洗涤以去除土壤和杂质，然后浸泡去除可溶物，干燥后剪碎过筛得到粒径为4‑6mm的玉米衣生物质吸附剂；（2）调节待处理的含铅废水的pH值为1.0‑6.0，然后加入步骤（1）得到的玉米衣生物质吸附剂，震荡、吸附即可。本发明制备的玉米衣生物质吸附剂廉价易得，制备步骤少，对含铅废水处理效果好，操作条件范围宽，吸附过程中没有污泥等二次污染物的产生，很容易进行大规模生产加工，应用前景广阔。

Description

一种应用玉米衣作为处理含铅废水的生物质吸附剂的方法

技术领域

本发明属于废水吸附剂领域，特别涉及一种应用玉米衣作为处理含铅废水的生物质吸附剂的方法。

背景技术

全球每年排放到环境中的有毒重金属高达数百万吨，铅为34.6万吨高于砷、镉、铜和汞的排放量，并且呈逐年上升的趋势。大量含铅废水排放到环境中，不仅造成环境污染，还会进入食物链在人体中富集，直接损伤骨骼造血系统、神经系统、肾脏和生殖系统。

铅是水体中常见的污染重金属离子，目前常用的重金属废水处理方法主要有三类：化学法、物理法和生物法。其中应用较普遍的化学沉淀法、氧化还原法、离子交换法和膜分离法均适用于处理高浓度重金属废水，但运行成本高。低浓度重金属废水的处理方法主要是吸附法和生物法，一般运行成本低。目前，备受关注的生物吸附技术恰恰是吸附法和生物法的结合。

生物吸附技术是利用生物体或者自然生物通过物理化学方法除去土壤和水体的重金属。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。比起其它技术该技术具有以下优点：吸附剂廉价易得，吸附量大，选择性好，操作条件范围宽，金属可回收利用，并且吸附过程中没有污泥等二次污染物的产生。与其他生物吸附剂相比，玉米衣来源丰富，据报道中国玉米秸秆年产量高达2亿t，除了用于工业原料、牲畜饲料、直接燃料或生物质能源外，总量的约21.5％被闲置浪费或者就地焚烧。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，极少有用玉米衣作为吸附剂来吸附重金属的研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种应用玉米衣作为处理含铅废水的生物质吸附剂的方法，该方法成本低廉、来源广泛，制备过程简单，对含铅废水有良好的处理效果。

本发明的一种应用玉米衣作为处理含铅废水的生物质吸附剂的方法，包括：

(1)将玉米衣洗涤以去除土壤和杂质，然后浸泡去除可溶物，干燥后剪碎过筛得到粒径为4-6mm的玉米衣生物质吸附剂；

(2)调节待处理的含铅废水的pH值为1.0-6.0，然后加入步骤(1)得到的玉米衣生物质吸附剂，震荡、吸附即可；其中含铅废水中铅的浓度为20-100mg·L^-1，含铅废水和玉米衣生物质吸附剂的用量比为30-50mL：0.05-0.25g；所述吸附的温度为20-30℃，时间为0.5-8h。

步骤(1)中所述的洗涤为用自来水洗涤3-5次。

步骤(1)中所述的浸泡为用蒸馏水浸泡20-30min。

步骤(1)中所述的干燥为用采用鼓风干燥箱在48-52℃下干燥3-4h。

步骤(2)中采用0.1mol·L^-1的盐酸和/或氢氧化钠调节待处理的含铅废水的pH值。

步骤(2)中调节待处理的含铅废水的pH值为6.0。

步骤(2)中所述含铅废水中铅的浓度为20mg·L^-1，含铅废水和玉米衣生物质吸附剂的用量为40mL：0.100g。

步骤(2)中所述震荡的速率为110-130rpm。

步骤(2)中所述吸附的温度为25℃，时间为5h。

有益效果：

(1)本发明制备的玉米衣吸附剂廉价易得，制备步骤少，对含铅废水处理效果好，操作条件范围宽，吸附过程中没有污泥等二次污染物的产生，很容易进行大规模生产加工；

(2)本发明的玉米衣吸附剂的吸附效率高，吸附效果好。

附图说明

图1所述玉米衣生物质吸附剂红外图；

图2所述玉米衣生物质吸附剂吸附后的红外图；

图3所述玉米衣生物质吸附剂图。

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

将玉米衣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，干燥后的玉米衣用剪刀剪碎，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的玉米衣吸附剂，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2-5中的去除Pb²⁺的吸附实验。

实施例2

准确移取40mL，一系列浓度(20、40、60、80和100mg·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值为5.0，加入0.150g实施例1得到的孔径为4-6mm的玉米衣作为吸附剂，25℃下，在转速为120rpm的恒温振荡器上吸附4h，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。其吸附结果如表1所示：

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为吸附一定时间后废水中剩余的Pb²⁺浓度(mg·L^-1)。

表1：玉米衣吸附剂在不同初始质量浓度的含铅废水中对Pb²⁺的去除效果

初始Pb²⁺浓度(mg·L^-1)	20	40	60	80	100
						吸附率(％)	95.84	91.02	91.91	64.46	55.27

由表1可知，金属初始质量浓度在20-60mg·L^-1时，金属的吸附率均大于91％。在实验范围内，吸附率随着金属初始质量浓度的增高基本呈下降趋势。

实施例3

准确移取40mL，20mg·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(2.0、3.0、4.0、5.0和6.0)，加入0.150g实施例1得到的孔径为4-6mm的玉米衣作为吸附剂，25℃下，在转速为120rpm的恒温振荡器上吸附4h，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。其吸附结果如表2所示：

表2：玉米衣吸附剂在不同pH条件下对Pb²⁺的去除效果

pH	2.0	3.0	4.0	5.0	6.0
						吸附率(％)	23.40	34.72	86.98	93.77	97.92

由表2可知，pH在4.0-6.0之间时，吸附率均在85％以上。吸附率随着pH值的上升呈增大趋势。

实施例4

准确移取40mL，20mg·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值为6.0，加入一定量(0.05、0.10、0.15、0.20和0.25g)实施例1得到的孔径为4-6mm的玉米衣作为吸附剂，25℃下，在转速为120rpm的恒温振荡器上吸附4h，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。其吸附结果如表3所示：

表3：玉米衣吸附剂在不同添加量的条件下对Pb²⁺的去除效果

吸附剂量(g)	0.050	0.100	0.150	0.200	0.250
						吸附率(％)	69.61	94.77	88.56	56.86	69.61

由表3可知，玉米衣吸附剂的添加量在0.100-0.150g时，吸附率均大于85％。吸附率随着吸附剂添加量的增加先增大后减小。

实施例5

分别准确移取40mL，20和40mg·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值为6.0，加入0.10g实施例1得到的孔径为4-6mm的玉米衣作为吸附剂，25℃下，在转速为120rpm的恒温振荡器上吸附一定时间(10、30、60、120、180、240和300min)，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。其吸附结果如表4所示：

表4：玉米衣吸附剂在不同吸附时间的条件下对Pb²⁺的去除效果

由表4可知，吸附在前10min内进行的非常迅速，1h后吸附变的缓慢。由此可以推断，吸附初始时以物理吸附为主，1h后主要进行化学吸附。吸附时间为5h时，吸附基本完成。

实施例1所述玉米衣吸附剂经研磨、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。

在3426.98cm^-1处的峰宽且强，来自于多聚体中分子间氢键O-H伸缩振动；769-659cm^-1左右的峰宽、强度中等，来自于O-H面外弯曲振动。在2920cm^-1左右的峰来自于C-H伸缩振动；1465-1340cm^-1处的峰来自于C-H弯曲振动。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，其面外弯曲振动在900-650cm^-1处，此外3500-3100cm^-1的峰来自于N-H伸缩振动，1350-1000cm^-1的峰来自于C-N伸缩振动吸收。在1000-1300cm^-1处的峰来自于C-O伸缩振动，1270-1230cm^-1和1050-1000cm^-1处的峰来自于芳香醚。850-500cm^-1处左右的峰来自于C-X(X代表Cl、Br、I)脂肪族伸缩振动。

实施例2所述玉米衣吸附剂吸附初始浓度为100mg·L^-1重金属废水后，干燥、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2所示。玉米衣吸附前后的红外图经过对比发现：吸附后玉米衣的红外谱图中峰发生了不同程度的移动，如3426.98cm^-1，2920.24cm^-1等处依次移动到3419.68cm^-1，2920.14cm^-1处。其中来自于O-H伸缩振动的峰波数移动的最大。769-659cm^-1左右的峰消失，可能是O-H面外弯曲振动消失或者来自于C-X(X代表Cl、Br、I)脂肪族伸缩振动消失。

Claims

1.一种应用玉米衣作为处理含铅废水的生物质吸附剂的方法，包括：

(1)将玉米衣洗涤以去除土壤和杂质，然后浸泡去除可溶物，干燥后剪碎过筛得到粒径为4-6mm的玉米衣生物质吸附剂；其中，干燥为采用鼓风干燥箱在48-52℃下干燥3-4h；

(2)调节待处理的含铅废水的pH值为1.0-6.0，然后加入步骤(1)得到的玉米衣生物质吸附剂，震荡、吸附即可；其中含铅废水中铅的浓度为20-100mg·L^-1，含铅废水和玉米衣生物质吸附剂的用量比为30-50mL︰ 0.05-0.25g；所述吸附的温度为20-30℃，时间为0.5-8h。

2.根据权利要求1所述的一种应用玉米衣作为处理含铅废水的生物质吸附剂的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的洗涤为用自来水洗涤3-5次。

3.根据权利要求1所述的一种应用玉米衣作为处理含铅废水的生物质吸附剂的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的浸泡为用蒸馏水浸泡20-30min。

4.根据权利要求1所述的一种应用玉米衣作为处理含铅废水的生物质吸附剂的方法，其特征在于：步骤(2)中采用0.1mol·L^-1的盐酸和/或氢氧化钠调节待处理的含铅废水的pH值。

5.根据权利要求1所述的一种应用玉米衣作为处理含铅废水的生物质吸附剂的方法，其特征在于：步骤(2)中调节待处理的含铅废水的pH值为6.0。

6.根据权利要求1所述的一种应用玉米衣作为处理含铅废水的生物质吸附剂的方法，其特征在于：步骤(2)中所述含铅废水中铅的浓度为20mg·L^-1，含铅废水和玉米衣生物质吸附剂的用量为40mL︰0.100g。

7.根据权利要求1所述的一种应用玉米衣作为处理含铅废水的生物质吸附剂的方法，其特征在于：步骤(2)中所述震荡的速率为110-130rpm。

8.根据权利要求1所述的一种应用玉米衣作为处理含铅废水的生物质吸附剂的方法，其特征在于：步骤(2)中所述吸附的温度为25℃，时间为5h。