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废弃生物质对模拟废水中锌的吸附研究

2021-12-08高琳王靖君黄润峰白膨豪史磊

河南科技 2021年20期
关键词:吸附生物质

高琳 王靖君 黄润峰 白膨豪 史磊

摘 要:本文研究初始金属离子浓度、溶液pH值、吸附剂用量等因素对碧根果壳吸附Zn2+的影响。结果表明:Zn2+的吸附量受pH值影响,随着pH值升高而增多,其中在pH=8时,吸附量最大。随生物质吸附剂用量的增加,Zn2+的去除率逐渐升高。SEM和FTIR分析可知生物质表面含有羟基、羧基、Si—O等官能团为生物质吸附Zn2+提供便利。

关键词:锌;生物质;吸附;模型参数

中图分类号:X756     文献标识码:A       文章编号:1003-5168(2021)30-0087-03

Abstract: In this study, the effects of initial metal ion concentration, pH value and adsorbent of pecan shell on the adsorption of Zn2+ were researched. The results show that the adsorption capacity of Zn2+ is affected by pH value and increased with the increase of pH value; when the pH value is equal to 8, the adsorption capacity reaches the maximum. With the increase of the amount of biomass adsorbent, the removal rate of Zn2+ is increased gradually. It can be seen that the surface of biomass contained hydroxyl, carboxyl, Si-O and other functional groups can facilitate the adsorption of Zn2+ according to SEM and FTIR analysis.

Keywords: Zinc; biomass; adsorption; model parameter

重金屬作为水体中的潜在危害污染物之一,由于其持久性和对环境及人体健康的影响较大而备受关注。锌是营养必需的微量元素,但如果大量摄入,可能会产生毒性[1]。废水中锌的主要来自金属、化工、造纸以及金属加工等过程中的废水排放[2-4]。据报道,过量摄入锌可导致抑郁、嗜睡、癫痫等疾病[5-6]。传统方法包括化学沉淀法、离子交换法、过滤法、溶剂萃取法、膜技术和活性炭吸附等,这些方法很难去除水中的重金属离子[7-8]。因此,在重金属废水处理领域中开发廉价、高效的吸附剂已成为近年来研究的重点。

先前已经报道有多种吸附材料对重金属吸附特性的研究成果。但有关坚果类碧根果壳作为吸附剂的研究还较少。本研究的目的是探究碧根果壳对锌的吸附特性;探讨初始溶液pH、初始金属离子浓度和吸附剂用量对锌吸附的影响;并结合SEM和FTIR等表征手段揭示碧根果壳对锌的吸附机制。

1 材料与方法

本试验利用碧根果壳作为原材料,用不锈钢粉碎机将其打碎,然后在过60目尼龙筛,在60 ℃烘箱中烘干至恒重,装入封口袋中备用。

在本试验中所用Zn2+溶液用硝酸锌配制。采用0.5 M HCl和0.5 M NaOH调节溶液pH。溶液pH使用雷磁PHS-3C pH计测定。Zn2+的浓度使用原子吸收分光光度计(岛津6880)测量。碧根果壳采用扫描电子显微镜(SEM,Quanta 250)和傅立叶变换红外光谱仪(Thermo Fisher Nicolet 6700)进行表征。

吸附实验主要流程如下:在50 mL的玻璃三角瓶中加入40 mL Zn2+溶液。使用摇床在25 ℃下,以170 r/min震荡。然后,以10 000 r离心后,用孔径为0.45 μm过滤悬浮液,滤液用火焰原子吸收分光光度计分析。Zn2+的去除率可用公式:

式中,η为锌离子去除率,%,Ci为初始金属离子浓度,mg/L,Ce为溶液中金属离子浓度,mg/L。

2 结果与讨论

2.1 初始浓度、生物质投加量和pH对Zn2+去除率的影响

图1(a)中所示,随着初始Zn2+浓度的增加,生物质的Zn2+含量随之减少。当浓度为10 mg/L时,溶液中的Zn2+与吸附位点发生相互作用,吸附剂的吸附率达到89%。当Zn2+浓度达到50 mg/L和100mg/L时,吸附剂去除率分别下降到64%和36%。从图1(b)可以看出,在100 mg/L的Zn2+溶液,生物质对Zn2+的吸附效果随着生物质用量增多,Zn2+去除率从36%增加到88%。在碱性范围内,重金属易形成沉淀。因此,本实验在最大pH为8.0的条件下进行。图1(c)显示当溶液初始pH从3增加到5时,溶液中Zn2+去除率从42%缓慢升高到49%。在pH值为5以上溶液中Zn2+去除率开始显著升高趋势,其中pH值为8时,溶液中Zn2+去除率最高达到89%。

2.2 生物质吸附剂的SEM和FTIR表征分析

SEM分析可知,生物质颗粒间疏松,呈层状结构,存在较大的角状颗粒物,其表面吸附较多的不规则颗粒。在3 422~3 448 cm-1 之间的吸收峰主要是羟基和不饱和基团。在1 618 cm-1附近,存在羧基和酮类的—CO—吸收峰。在1 035 cm-1 附近是 Si—O 特征峰。生物质表面存在的—OH、羧基、Si—O 等官能团能在一定程度上提升生物质的吸附性能。具体分析见图2。

3 结论

本研究得出以下结论:①Zn2+初始浓度的增加在一定程度上降低了生物质吸附量,但是随着pH升高和生物质投加量的增大,Zn2+去除率升高;②通过SEM和FTIR表征分析生物质颗粒间疏松且呈现层状结构,其表面含有羟基、羧基、Si—O等官能团为生物质吸附Zn2+提供便利。

参考文献:

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[4] 刘富强.铅锌冶炼废水处理技术的探讨[J].化学工程与装备,2020,276(1):265-266.

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[6] 蔡菜.小儿乱吃补药有害无益[J].家庭医学,2014(11):13.

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