CN106902761A

CN106902761A - 一种应用酸洗杏仁皮吸附废水中二价重金属离子的方法

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Publication number: CN106902761A
Application number: CN201710207799.5A
Authority: CN
Inventors: 于洪梅; 艾天; 庞晶; 战美红
Original assignee: University of Science and Technology Liaoning USTL
Current assignee: University of Science and Technology Liaoning USTL
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2017-06-30

Abstract

本发明属于废水处理技术领域，尤其涉及一种应用酸洗杏仁皮吸附废水中二价重金属离子的方法。该方法具体为：将杏仁皮酸液浸泡、超声震荡处理、洗涤、干燥处理、研磨至颗粒大小为40‑140目，得到酸洗杏仁皮生物质吸附剂；将待处理的含二价重金属离子的pH值调节为1.0‑7.0，然后加入本发明的酸洗杏仁皮生物质吸附剂，超声振荡吸附即可。该方法处理工艺简单、易操作、并且处理成本低，有效的实现了废物的利用价值，对含铜、镉和锌废水处理效果良好。

Description

一种应用酸洗杏仁皮吸附废水中二价重金属离子的方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，尤其涉及一种应用酸洗杏仁皮吸附废水中二价重金属离子的方法。

背景技术

目前，天然生物材料作为吸附剂去除废水中的二价重金属离子已经被广泛应用，例如：芒果皮、槟榔、椰子壳、石榴皮、土豆片、楝树皮、西瓜皮、工业废茶等。但杏仁皮作为生物吸附材料去除废水中的重金属铜、镉和锌等还未见文献报道。在我国，杏仁的加工制品种类繁多，传统的加工制品有杏仁露、杏仁罐头、椒盐杏仁、杏仁酪和杏仁茶等。市场上对杏仁加工极其简单，如去皮、炒制、磨粉等，加工后杏仁皮就成为了废品，其价值并未被充分利用，并且杏仁皮的处理对环境造成一定的负面影响。

杏仁皮的主要成分包括多酚、黄铜、木质素和纤维素，包含大量的含氧官能团，如羟基、羧基和羰基等，还富含有氮和磷元素，随着杏仁皮的进一步研究探讨发现，它有可能成为一种有效的去除重金属的生物吸附剂。因此，对杏仁皮在处理废水方面的深入开发和利用，显得尤为重要。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种应用酸洗杏仁皮吸附废水中二价重金属离子的方法，该方法处理工艺简单、易操作、并且处理成本低，有效的实现了废物的利用价值，对含铜、镉或锌废水处理效果良好。

为了实现上述目的，本发明提供了应用酸洗杏仁皮吸附废水中二价重金属离子的方法，具体为：将杏仁皮酸液浸泡、超声震荡处理、洗涤、干燥处理、研磨至颗粒大小为40-140目，得到酸洗杏仁皮生物质吸附剂；将待处理的含二价重金属离子的pH值调节为1.0-7.0，然后加入本发明的酸洗杏仁皮生物质吸附剂，超声振荡吸附即可；吸附温度为25-50℃，吸附时间为1-40min，优选20min；待处理的含二价重金属离子的浓度为2-800mg·L^-1。

所述的酸液为盐酸或硝酸，浓度为1.0mol·L^-1，超声震荡处理时间0.5-6h。

所述的干燥处理采用恒温干燥箱，在80℃条件下干燥2-6h。

所述的二价重金属离子为铜离子、镉离子或锌离子中的一种或组合，含二价重金属离子废水和酸洗杏仁皮的用量比例关系为25mL:20mg。

所述的调节pH值为用0.1mol·L^-1的硝酸和氢氧化钠溶液调节，pH优选值为6.0；当处理的废水中二价重金属离子含有铜离子时，pH值调至4.0-6.0；当处理的废水中二价重金属离子为镉或锌离子时，pH值调至5.0-6.0。

本发明的有益效果。

本发明的吸附剂采用杏仁皮，其含有丰富的金属离子，在使用杏仁皮前，用酸液浸泡，以除去杏仁皮本身的金属营养物质；用酸洗杏仁皮作为生物吸附材料可以有效的去除废水中的二价重金属铜、镉或锌；酸洗杏仁皮对于低浓度二价重金属废水的处理效果显著，速度快，20min内吸附基本完成；生物质吸附剂来源广泛，无生态毒性，不会产生二次污染，而且还达到了以废治废的目的，属于一种环境友好型的吸附剂，应用前景广阔。本发明的酸洗杏仁皮生物质吸附剂的制备过程，简单方便、易操作；本发明的处理工艺条件不苛刻，吸附剂用量少，吸附容量大。

附图说明

图1酸洗杏仁皮生物吸附剂的电镜图。

图2酸洗杏仁皮生物吸附剂的红外图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，实施例是实验室小型制备方法，描述的内容仅为便于理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。

实施例1。

将杏仁皮先用去离子水洗涤去除灰尘和杂质，浸泡在1.0mol·L^-1硝酸溶液中，超声震荡4h后，水洗至中性，过滤，置于恒温干燥箱中，在80℃下干燥6h，干燥后再用研钵研磨，得到40-140目的颗粒，即制得酸洗杏仁皮生物质吸附剂，密封备用。

用实施例1制备得到的生物质吸附剂进行以下实施2-5中的二价重金属离子的吸附实验。

实施例 2。

配制25mL不同pH值(1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0和7.0)的单一金属离子溶液，pH用0.1 mol·L^-1的硝酸和氢氧化钠调节，金属离子浓度均为 10mg·L^-1，分别置于25mL具塞比色管中，然后分别加入20mg酸洗杏仁皮于具塞比色管中，将这些具塞比色管置于超声波振荡器中，在25℃下，超声振荡20min，静置30min，过滤，取滤液，稀释不同的倍数，用原子吸收分光光度计测定吸光度值，计算残液中各金属离子的浓度，进而计算酸洗杏仁皮对铜、镉和锌的吸附容量，实验结果如表 1 所示。

酸洗杏仁皮对重金属离子的吸附容量按照以下公式计算（下同）。

。

式中，q为吸附容量(mg·g^-1)，C₀为吸附前废水中金属离子浓度 (mg·L^-1)，C为吸附一定时间后废水中剩余的金属离子浓度 (mg·L^-1), V为金属离子的体积（mL）；m为加入吸附剂的量（mg）。

表1：pH对重金属离子的吸附容量影响。

由表1可知，pH值对重金属离子的吸附容量影响巨大，吸附容量随着pH值的递增而增加，达到平衡之后降低；对Cu²⁺离子来说，当pH为4.0-6.0时，吸附容量最大且达到平衡；而对Cd²⁺和Zn²⁺离子来说，当pH为5.0-6.0时，吸附容量最大且达到平衡；处理废水PH值为6.0时，采用该吸附剂吸附效果最好；因此，实验选择pH=6.0的缓冲溶液配制金属离子溶液。

实施例3。

移取pH为6.0，浓度为10mg·L^-1各单一金属离子溶液，分别置于25mL具塞比色管中；然后分别加入20mg酸洗杏仁皮，将具塞比色管置于超声波振荡器中，在25℃下，分别超声振荡1、2、3、4、5、10、15、20、25、30和40min，静置30min，过滤，取滤液，稀释不同的倍数，用原子吸收分光光度计测定吸光度值，计算残液中各金属离子的浓度，进而计算酸洗杏仁皮对铜、镉和锌的吸附容量，实验结果如表 2 所示。

表2：吸附时间的影响。

从表2中可以看出，酸洗杏仁皮对重金属Cu²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺ 的吸附速率很快，并且当时间增大到20min时，吸附达到最大，进一步增加振荡时间到40min时，吸附容量基本不变，此时可以认为吸附到达平衡,这种现象是由于在刚开始吸附时，吸附剂表面有较多的结合位点并且金属离子的浓度较高；吸附一段时间后，吸附剂表面的结合位点减少，所以只有很少的金属离子继续被吸附；处理废水振荡时间为20min时，采用该吸附剂吸附效果最好；因此，实验选择振荡时间为20min。

实施例4。

移取pH为6.0，浓度为10mg·L^-1各单一金属离子溶液，分别置于25mL具塞比色管中；然后分别加入20mg酸洗杏仁皮，将这些具塞比色管置于超声波振荡器中，在25、30、35、40、50℃下，分别超声振荡20min，静置30min，过滤，取滤液，稀释不同的倍数，用原子吸收分光光度计测定吸光度值，计算残液中各金属离子的浓度，进而计算酸洗杏仁皮对铜、镉和锌的吸附容量，实验结果如表 3 所示。

表3：温度的影响。

由表3可以看出，温度的高低也会影响吸附反应的平衡；实验结果表明，随着温度的增加，酸洗杏仁皮对重金属Cu²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺的吸附容量呈线性降低，说明较低的温度有利于杏仁皮对Cu²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺的吸附，其吸附过程为放热反应。

实施例5。

移取pH为6.0的一系列浓度（2、5、10、20、50、100、200、300、400、500、800mg·L^-1）于25mL具塞比色管中，然后加入20mg酸洗杏仁皮于具塞比色管中，将这些具塞比色管置于超声波振荡器中，在25℃下，超声振荡20min，静置30min，过滤，取滤液，稀释不同的倍数，用原子吸收分光光度计测定吸光度值，计算残液中各金属离子的浓度，进而计算酸洗杏仁皮对铜、镉和锌的吸附容量，实验结果如表 4 所示。

表4初始浓度的影响。

由表4可以看出，Cu²⁺和Cd²⁺的初始浓度在5–500mg·L^-1，Zn²⁺的初始浓度在2–400mg·L^-1时，吸附容量随着浓度的增大而显著增大；当重金属离子浓度继续增大时，吸附容量基本不变，吸附达到平衡；这是由于重金属离子的初始浓度提供了必要的驱动力来克服重金属离子在水相和固相之间的传质阻力，重金属离子的初始浓度的增加也提高了酸洗杏仁皮和Cu²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺之间的相互作用。如此可见，酸洗杏仁皮对二价重金属离子的吸附能力是Cu²⁺>Cd²⁺>Zn²⁺；酸洗杏仁皮对Cu²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺的最大的吸收容量分别是130.5、115.4和56.86 mg·L^-1。

实施例6。

将酸洗杏仁皮用于废水中二价重金属离子中Cu²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺同时存在时，金属离子的去除进行了研究。

移取25mL废水于具塞比色管中，用0.1mol·L^-1的硝酸和氢氧化钠调节pH为6.0，然后加入20mg酸洗杏仁皮于具塞比色管中，将此具塞比色管置于超声波振荡器中，在25℃下，超声振荡20min，静置30min，过滤，取滤液，用原子吸收分光光度计测定吸光度值，计算残液中各金属离子的浓度，实验结果见表5。

表5 处理前后各金属离子的浓度。

从表5中可以看出，经酸洗杏仁皮处理的废水中的二价重金属Cu²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺含量均低于国家生活饮用水卫生标准；可见，酸洗杏仁皮可用于废水中Cu²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺的同时去除。

实施例 7。

实施例 1 所述酸洗杏仁皮吸附剂过80-100目标准筛制得粉末，用场发射扫描电子显微镜记录酸洗杏仁皮形貌；如图1所示，在1000倍的放大倍数下，可清楚的看出酸洗杏仁皮的表皮细胞形貌，它们的表面凹凸不平，有很多褶皱，表面上还有许多螺旋状通道，这些结构有利于酸洗杏仁皮对重金属离子的吸附。

实施例 8。

实施例 1 所述酸洗杏仁皮吸附剂经研磨至过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。

结果显示，在 3365cm^-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；在 2926cm^-1，2858cm^-1处的两个吸收峰来自于-CH伸缩振动；在1743cm^-1和1654cm^-1左右的峰来自于C=O伸缩振动；在1522cm^-1和622 cm^-1处的两个吸收峰来自于N-H变形振动，1452cm^-1和1369 cm^-1处的峰来自于-CH变形振动；1062cm^-1左右的峰来自于C-O伸缩振动，在823 cm^-1处的峰来自于-OH变形振动。可见，酸洗杏仁皮表面富含有多种官能团，有利于对重金属的吸附。

Claims

1.一种应用酸洗杏仁皮吸附废水中二价重金属离子的方法，其特征在于，所述酸洗杏仁的制备方法具体为：将杏仁皮酸液浸泡、超声震荡处理、洗涤、干燥处理、研磨至颗粒大小为40-140目，得到酸洗杏仁皮生物质吸附剂。

2.如权利要求1所述的应用酸洗杏仁皮吸附废水中二价重金属离子的方法，其特征在于，所述的酸液为盐酸或硝酸，浓度为1.0mol·L^-1。

3.如权利要求1所述的应用酸洗杏仁皮吸附废水中二价重金属离子的方法，其特征在于，所述的超声震荡处理时间0.5-6h；所述的干燥处理采用恒温干燥箱，在80℃条件下干燥2-6h。

4.如权利要求1-3任一所述的应用酸洗杏仁皮吸附废水中二价重金属离子的方法，其特征在于，所述的方法具体如下：将待处理的含二价重金属离子的pH值调节为1.0-7.0，然后加入酸洗杏仁皮生物质吸附剂，超声振荡吸附即可；吸附温度为25-50℃，吸附时间为1-40min，优选20min；所述的待处理的含二价重金属离子的浓度为2-800mg·L^-1。

5.如权利要求4所述的应用酸洗杏仁皮吸附废水中二价重金属离子的方法，其特征在于，所述的二价重金属离子为铜离子、镉离子或锌离子中的一种或组合；所述的待处理的金属离子浓度均为 10mg·L^-1。

6.如权利要求5所述的应用酸洗杏仁皮吸附废水中二价重金属离子的方法，其特征在于，所述的含二价重金属离子废水和酸洗杏仁皮的用量比例关系为25:20。

7.如权利要求5所述的应用酸洗杏仁皮吸附废水中二价重金属离子的方法，其特征在于，所述的调节pH值为用0.1mol·L^-1的硝酸和氢氧化钠溶液调节，PH优选值为6.0；当处理的废水中二价重金属离子含有铜离子时，pH值调至4.0-6.0；当处理的废水中二价重金属离子为镉或锌离子时，pH值调至5.0-6.0。