CN112777673A - 一种降低水中重金属铁离子浓度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种降低水中重金属铁离子浓度的方法。将海藻酸钠和单宁酸按照质量比1:1充分溶解于水中，再按照海藻酸钠和米糠半纤维素质量比10:1‑2:1加入米糠半纤维素，待其充分溶解，通过注射器将其缓慢滴入到氯化钙溶液中，静置1小时，滤出微球并用蒸馏水冲洗数遍，干燥，即得海藻酸钠/单宁酸@米糠半纤维素微球吸附剂。将一定量制备的微球加入到浓度为20‑100 mg/L的含铁离子水中，在一定的温度和pH值的条件下，反应一定时间，取上清液，测试吸附前后铁离子的浓度。本发明通过使用制备的海藻酸钠/单宁酸@米糠半纤维素微球来达到降低水中铁离子浓度的目的。本发明操作简便、快速有效，可有效降低水中铁离子浓度。

Description

一种降低水中重金属铁离子浓度的方法
技术领域
本发明属于环境化学的应用领域，特别涉及水中重金属离子的快速去除方法。
背景技术
海藻酸钠是海藻酸的钠盐，是天然的有机高分子电解质，其分子链上有大量的游离羧基、羟基，这些基团可以通过配位、离子交换、螯合、静电力的作用吸附金属离子和有机污染物[1]。海藻酸钠的亲水性很强,能够与水溶液中的钙发生离子交联反应,并聚合形成性质稳定的水性凝胶球，这一成球特性使其能够作为一种制备复合吸附剂的理想骨架[2]。海藻酸钠来源广泛，价格低廉，且具有良好的生物相容性，清洁无污染，低毒无公害等优点。
铁是一种重要的化工原料，具有耐腐蚀耐氧化的特性，所以常被人们用作金属镀层保护材料，随着大量镀铁产品的生产，铁离子污染日趋严重。铁离子主要通过食物链的积累影响中枢神经并通过血液循环影响人体重要器官的新陈代谢，铁含量超标不仅会引起人体疾病的发生，而且严重威胁到生态环境发展[3]。
参考文献
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[3]赵银,令狐文生.铁离子的危害及其处理研究进展.河南化工,2020,37(5):6-8。
发明内容
本发明提供了一种降低水中重金属铁离子浓度的方法。将海藻酸钠和单宁酸按照质量比1:1充分溶解于水中，再按照海藻酸钠和米糠半纤维素质量比10:1-2:1加入米糠半纤维素，待其充分溶解，通过注射器将其缓慢滴入到氯化钙溶液中，静置1小时，滤出微球并用蒸馏水冲洗数遍，干燥，即得海藻酸钠/单宁酸@米糠半纤维素微球吸附剂。将一定量制备的吸附剂加入到一定浓度的含铁离子水中，在一定的温度和pH值的条件下，反应一定时间，取上清液，测试吸附前后铁离子的浓度。
本发明通过使用制备的海藻酸钠/单宁酸微球@米糠半纤维素来达到降低水中铁离子浓度的目的。本发明操作简便，可有效降低水中铁离子浓度。
有益效果：本发明提供了一种降低水中重金属铁离子浓度的方法。对经本方法处理后的水中进行铁离子浓度测定，结果表明，经本方法处理后的水中铁离子浓度明显降低。本发明制备的海藻酸钠/单宁酸@米糠半纤维素微球，操作简单，易于工业放大，可有效降低水中重金属铁离子浓度。
附图说明
图1是海藻酸钠（SA）、单宁酸（TA）和米糠半纤维素（RBH）按照不同比例制得微球对铁离子吸附率变化的折线图。图中，无RBH组的吸附率较低，最大吸附率为25.18%。用SA与RBH质量比10:1比例制得微球对铁离子最大吸附率为31.20%，用SA与RBH质量比5:1比例制得微球对铁离子最大吸附率为73.40%，用SA与RBH质量比2:1比例制得微球对铁离子最大吸附率为65.76%。
图2是不同PH条件下微球对铁离子吸附率变化的折线图。图中，随着PH增大最大吸附率先增大后降低，PH为4时吸附率最高，PH为2时最大吸附率为69.18%，PH为4时最大吸附率为76.60%，PH为8时最大吸附率为64.45%，说明在酸性条件下更有助于微球对铁离子的吸附。
图3是不同铁离子浓度溶液微球对铁离子吸附率变化的折线图。图中，由于投放微球的质量固定，所以随着初始铁离子浓度增大，最大吸附率逐渐降低，初始浓度为20 ug/mL时，最大吸附量为70.65%，初始浓度为100 ug/mL时，最大吸附量为45.83%。
图4是添加不同质量的微球对铁离子吸附率变化的折线图。图中，由于投放微球的质量增加，所以最大吸附率逐渐增高，加入0.05 g微球时最大吸附量为35.12%，加入0.3 g微球时最大吸附量为75.34%。
图5是不同温度条件下微球对铁离子吸附率变化的折线图。图中，随着温度增大最大吸附率逐渐降低，在30℃条件下最大吸附率为72.75%，在60℃条件下最大吸附率为52.98%，说明温度升高虽然加速粒子的运动，但是容易破坏吸附剂和吸附质之间的范德华力，出现了解吸现象。
具体实施方式
实施例1
将海藻酸钠和单宁酸同质量比，海藻酸钠和米糠半纤维素按照质量比10:1、5:1和2:1充分溶解于水中，然后通过注射器将其缓慢滴入到氯化钙溶液中，静置1小时，滤出微球并用蒸馏水冲洗数遍，干燥，即得SA/TA@RBH吸附剂。将0.1 g制备的各组微球分别加入50mL 20ug/mL的含铁离子水中，未加入米糠半纤维素组作为空白对照,在室温下，每隔十分钟取上清液，通过火焰原子吸收分光光度计测定上清液中铁离子的浓度，测定60分钟内铁离子浓度变化考察不同比例制备的微球对铁离子的吸附率。
按以下公式计算吸附率：
A=（Ci-Cf）*100%/Ci
式中：A—吸附率,单位为百分比(%);
Ci —溶液中起始铁离子浓度,单位为毫克每升(mg/L);
Cf —溶液中起始铁离子浓度,单位为毫克每升(mg/L)。
经测定，未加米糠半纤维素的空白组20 min后的吸附率是16.63%，40 min后的吸附率是24.57%，60 min后的吸附率是25.10%。海藻酸钠和米糠半纤维素按照质量比10:1制备的微球20 min后的吸附率是17.78%，40 min后的吸附率是28.45%，60 min后的吸附吸率是31.20%。海藻酸钠和米糠半纤维素按照质量比5:1制备的微球20 min后的附率是24.93%，40 min后的吸附率是60.05%，60 min后的吸附率是73.00%。海藻酸钠和米糠半纤维素按照质量比2:1制备的微球20 min后的吸附率是27.73%，40 min后的吸附率是55.62%，60 min后的吸附率是65.42%。米糠半纤维素的加入使吸附率升高并且5:1组效果最好。
实施例2
将海藻酸钠、单宁酸和米糠半纤维素按照质量比5:5:1充分溶解于水中，然后通过注射器将其缓慢滴入到氯化钙溶液中，静置1小时，滤出微球并用蒸馏水冲洗数遍，干燥，即得SA/TA@RBH微球吸附剂。通过NaOH溶液和HCl溶液将铁离子溶液的PH调节为2-8，将0.1 g所制微球分别加入50 mL 20ug/mL的上述不同PH的含铁离子水中，在室温下，60分钟后取上清液，通过火焰原子吸收分光光度计测定上清液中铁离子的浓度，测定铁离子浓度变化考察不同PH溶液中微球对铁离子的吸附率。
按以下公式计算吸附率：
A=（Ci-Cf）*100%/Ci
式中：A—吸附率,单位为百分比(%);
Ci —溶液中起始铁离子浓度,单位为毫克每升(mg/L);
Cf —溶液中起始铁离子浓度,单位为毫克每升(mg/L)。
经测定，溶液PH为2时，60 min后的吸附率是69.18%。溶液PH为3时，60 min后的吸附率是74.50%。溶液PH为4时，60 min后的吸附率是76.60%。溶液PH为5时，60 min后的吸附率是74.48%。溶液PH为6时，60 min后的吸附率是73.60%。溶液PH为7时，60 min后的吸附率是69.35%。溶液PH为8时，60 min后的吸附率是64.45%。所制备的微球对铁离子的吸附率在酸性溶液中效果较好。
实施例3
将海藻酸钠、单宁酸和米糠半纤维素按照质量比5:5:1充分溶解于水中，然后通过注射器将其缓慢滴入到氯化钙溶液中，静置1小时，滤出微球并用蒸馏水冲洗数遍，干燥，即得SA/TA@RBH微球吸附剂。将0.1 g制备的微球分别加入体积为50 mL浓度为20 ug/mL、40ug/mL、60 ug/mL、80 ug/mL和100 ug/mL的含铁离子水中，在室温下，每隔十分钟取上清液，通过火焰原子吸收分光光度计测定上清液中铁离子的浓度，测定60分钟内铁离子浓度变化考察不同铁离子浓度溶液中微球对铁离子的吸附率。
按以下公式计算吸附率：
A=（Ci-Cf）*100%/Ci
式中：A—吸附率,单位为百分比(%);
Ci —溶液中起始铁离子浓度,单位为毫克每升(mg/L);
Cf —溶液中起始铁离子浓度,单位为毫克每升(mg/L)。
经测定，初始浓度为20 ug/mL时，20 min后的吸附率是29.03%，40 min后的吸附率是61.70%，60 min后的吸附率是70.65%。初始浓度为40 ug/mL时，20 min后的吸附率是25.36%，40 min后的吸附率是56.89%，60 min后的吸附率是65.67%。初始浓度为60 ug/mL时，20 min后的吸附率是22.37%，40 min后的吸附率是50.79%，60 min后的吸附率是55.73%。初始浓度为80 ug/mL时，20 min后的吸附率是19.68%，40 min后的吸附率是40.26%，60 min后的吸附率是48.46%。初始浓度为100 ug/mL时，20 min后的吸附率是15.73%，40 min后的吸附率是37.74%，60 min后的吸附率是45.83%。
实施例4
将海藻酸钠、单宁酸和米糠半纤维素按照质量比5:5:1充分溶解于水中，然后通过注射器将其缓慢滴入到氯化钙溶液中，静置1小时，滤出微球并用蒸馏水冲洗数遍，干燥，即得SA/TA@RBH微球吸附剂。将0.05 g、0.1 g、0.2 g和0.3 g制备的微球分别加入体积为50mL浓度为50 ug/mL的含铁离子水中，在室温下，每隔十分钟取上清液，通过火焰原子吸收分光光度计测定上清液中铁离子的浓度，测定60分钟内铁离子浓度变化考察加入不同的量微球对铁离子的吸附率。
按以下公式计算吸附率：
A=（Ci-Cf）*100%/Ci
式中：A—吸附率,单位为百分比(%);
Ci —溶液中起始铁离子浓度,单位为毫克每升(mg/L);
Cf —溶液中起始铁离子浓度,单位为毫克每升(mg/L)。
经测定，投加量为0.05 g时，20 min后的吸附率是9.28%，40 min后的吸附率是25.27%，60 min后的吸附率是35.12%。投加量为0.1 g时，20 min后的吸附率是23.36%，40min后的吸附率是52.28%，60 min后的吸附率是60.63%。投加量为0.2 g时，20 min后的吸附率是27.26%，40 min后的吸附率是60.35%，60 min后的吸附率是70.27%。投加量为0.3 g时，20 min后的吸附率是30.23%，40 min后的吸附率是66.27%，60 min后的吸附率是75.34%。
实施例5
将海藻酸钠、单宁酸和米糠半纤维素按照质量比5:5:1充分溶解于水中，然后通过注射器将其缓慢滴入到氯化钙溶液中，静置1小时，滤出微球并用蒸馏水冲洗数遍，干燥，即得SA/TA@RBH微球吸附剂。在30℃、40℃、50℃和60℃条件下，将0.1 g制备的微球分别加入体积为50 mL浓度为50 ug/mL的含铁离子水中，每隔十分钟取上清液，通过火焰原子吸收分光光度计测定上清液中铁离子的浓度，测定60分钟内铁离子浓度变化考察加入不同的量微球对铁离子的吸附率。
按以下公式计算吸附率：
A=（Ci-Cf）*100%/Ci
式中：A—吸附率,单位为百分比(%);
Ci —溶液中起始铁离子浓度,单位为毫克每升(mg/L);
Cf —溶液中起始铁离子浓度,单位为毫克每升(mg/L)。
经测定，温度为30℃时，20 min后的吸附率是22.70%，40 min后的吸附率是61.85%，60 min后的吸附率是72.75%。温度为40℃时，20 min后的吸附率是23.53%，40 min后的吸附率是55.75%，60 min后的吸附率是65.88%。温度为50℃时，20 min后的吸附率是25.13%，40 min后的吸附率是48.53%，60 min后的吸附率是57.03%。温度为60℃时，20 min后的吸附率是26.73%，40 min后的吸附率是51.78%，60 min后的吸附率是52.98%。

Claims (7)

1.一种降低水中重金属铁离子浓度的方法，包括下列步骤：
将海藻酸钠（SA）、单宁酸（TA）和米糠半纤维素（RBH）充分溶解于水中，然后通过注射器将其缓慢滴入到氯化钙溶液中，静置1小时，滤出微球并用蒸馏水冲洗数遍，干燥，即得海藻酸钠/单宁酸@米糠半纤维素（SA/TA@RBH）微球吸附剂。
2.将所制备的微球加入到含有一定铁离子浓度的水中，在一定温度和pH值的条件下，反应一定时间，取上清液，测试吸附前后铁离子的浓度。
3.根据所诉步骤1所述的一种降低水中重金属铁离子的方法，其特征在于，所述的海藻酸钠浓度为10-20 mg/mL。
4.根据所诉步骤1所述的一种降低水中重金属铁离子的方法，其特征在于，所述的海藻酸钠与米糠半纤维素的质量比为10:1-2:1。
5.根据所诉步骤1所述的一种降低水中重金属铁离子的方法，其特征在于，所述含铁离子溶液的pH值为2-8，反应时间为0-60 min。
6.根据所诉步骤1所述的一种降低水中重金属铁离子的方法，其特征在于，所述的铁离子溶液浓度为20-100 mg/L。
7.根据所诉步骤1所述的一种降低水中重金属铁离子的方法，其特征在于，所述吸附反应温度为30-60℃。
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