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泥炭对水中重金属的吸附研究
摘要:泥炭的原始物质主要来自藓类和草本植物,是在低温、酸性和厌氧环境中形成的,作为天然生物活性物质的载体,泥炭比褐煤、风化煤等含有的大分子物质丰富得多。因此,泥炭具有广阔的综合利用价值。我国的泥炭资源非常丰富,总储量约50亿吨以上,合理地开发和利用泥炭,对国民经济建设,环境保护具有重要的意义。
关键词:泥炭;重金属离子;吸附
现代工业和其它产业的发展,城市人口的增长使环境污染越来越严重,使目前为数不多的水源遭到了大量的污染。生活污水,工业废水,农田农药化肥等的水溶物和废气的淋洗物等对水体进行了大量的污染使水体内部平衡被破坏水体失去自我净化的能力,重金属污染物大量富积。包括砷、汞、镉、铅、镍、铜等大量重金属污染物等,严重危害正常的生产工作和生活。
1 重金属的危害
1.1 镍的危害
镍可引起接触性皮炎。大量口服时会出现呕吐(像铜中毒一样)、腹泻、急性胃肠炎和齿龈炎,长期接触,能使头发变白。长期接触低浓度羰基镍,可能会全身中毒,导致肺、肝、脑等损害,并可能导致肺癌、胃癌、副鼻窦癌的发病率和死亡率增高。
1.2 铜的危害
摄入过量的铜是有害的,铜盐尤其是醋酸铜和硫酸铜的毒性比铜本身大。有色冶金废水中的铜多为硫酸铜。人口服硫酸铜的致死量约为10g,有时口服0.65～0.975g即可产生严重中毒。
2 泥炭吸附重金属的机理
吸附机理有离子交换、络合、表面吸附、化学吸附等四种,离子交换法在废水处理口中应用较广,主要用于去除废水中的金属离子。泥炭还可通过络合、表面吸附和化学吸附从水中吸附重金属离子。
3 PH值对吸附率的影响
3.1 实验方法
为防止PH过高重金属离子发生沉淀,在酸性范围内设了pH从2到7的六个梯度。配制50mg/L 的Cu2 、Ni2 溶液100ml,调pH分别至2,3,4,5,6,7,并置于250ml具塞三角烧杯中,加入泥炭(0.2g),室温条件下振荡2小时(150r/min),过滤,取滤液,用原子吸收法检测Cu2 ,用丁二酮肟光度法检测Ni2 。
3.2 PH对泥炭吸附重金属的影响
试验发现,PH对泥炭吸附效率的影响很大,在PH2～6之间吸附效果显著增大,在6的时候取得最大值,达到了68.94%;当PH为7的时候泥炭对铜离子的吸附效果则开始下降,变为68.51%。所以说当PH为6的时候泥炭对铜离子的吸附效果最好,接近70%。同理,镍离子在PH2～6之间吸附效果显著增大,在6的时候取得最大值,达到了83.57%;当PH为7的时候泥炭对镍离子的吸附效果则开始下降,变为78.63%。所以说当PH为6的时候泥炭对镍离子的吸附效果最好,接近85%。
4 金属离子的初始浓度对吸附效率的影响
4.1 实验方法
分别配制浓度为5、10、20、50、100mg/L的Cu2 、Ni2 溶液100ml,调pH至最佳,置于250ml具塞三角烧杯中,加入泥炭(0.2g),室温条件下振荡2小时(150r/min),过滤,取滤液,用原子吸收法检测Cu2 ,用丁二酮肟光度法检测Ni2 。
4.2 初使浓度对泥炭吸附效果的影响
试验发现,随着起始浓度的增加,泥炭的去除率在50%的时候明显变缓,可以确定在初始浓度50mg/L的时候是最好的实验条件。此时单位质量的泥炭去除的镍离子的数量最大。同理,镍离子随着起始浓度的增加,泥炭的去除率在50%的时候明显变缓,可以确定在初始浓度50mg/L的时候是最好的实验条件。此时单位质量泥炭去除的铜离子的数量最大。
5 泥炭投加量对吸附效果的影响
5.1 实验方法
配制50mg/L Cu2 、Ni2 两种重金属离子溶液,分别各取100ml,每种金属离子溶液取6组,调pH至最佳,置于250ml具塞三角烧杯中,分别加入0.05、0.1、0.2、0.3g的泥炭,于室温下振荡2小时(150r/min),过滤,取滤液,用原子吸收法检测Cu2 ,用丁二酮肟光度法检测Ni2 。
5.2 泥炭投入量对吸附重金属的影响
试验发现,当投加量到0.2的时候,吸附效率有显著的提高,然后吸附效果的增加开始放缓,可以确定,在投加量为0.2的时候泥炭的经济价值最明显,也能够减小设备的负担。所以对于铜离子来说,投加量为0.2的时候是最好的。同理,镍离子当投加量到0.2的时候,吸附效率有了一个显著的提高,然后吸附效果的增加开始放缓,可以确定,在投加量为0.2的时候泥炭的经济价值最明显。所以对于镍离子来说,投加量为0.2的时候是最好的。
6 时间对吸附效果的影响
6.1 实验方法
配制50mg/L Cu2 、Ni2 两种重金属离子溶液,分别各取100ml,每种金属离子溶液取6组,调pH至最佳,置于250ml具塞三角烧杯中,分别加入0.2g的泥炭,于室温下振荡10、30、60、90(150r/min),过滤,取滤液,用原子吸收法检测Cu2 ,用丁二酮肟光度法检测Ni2 。
6.2 吸附时间对泥炭吸附重金属的影响
试验发现,在开始的20分钟时间里,泥炭对铜离子的吸附速度很快;在接下来的70分钟里,泥炭对铜离子的吸附增长速度缓慢;从90分钟以后,泥炭对铜离子基本上没有再吸附,所以认为把标准时间定在稳定期是合理的,即120分钟。同理,镍离子在开始的30分钟时间里,泥炭对镍离子的吸附速度很快;在接下来的60分钟里,泥炭对镍离子的吸附增长速度缓慢;从90分钟以后,泥炭对镍离子基本上没有再吸附。
7正交设计表
7.1 Cu2 正交设计表
如图所示,当投加量为0.2,PH值为6.5,震荡时间为60分钟,初始浓度为0.05mg/L的时候,吸附效果最好。
7.2 Ni2 正交设计
如图所示,当投加量为0.25,PH值为6,震荡时间为60分钟,初始浓度为 0.06mg/L的时候,吸附效果最好。
结论
1.当PH为6的时候泥炭对镍离子的吸附效果最好,接近85%;铜离子的吸附效果最好,超过95%。
2.在初始浓度50mg/L的时候,单位质量的泥炭去除的镍离子、铜离子的数量最大。
3.当投加量到0.2的时候,吸附效率有了一个显著的提高,然后吸附效果的增加开始放缓,可以确定,在投加量为0.2的时候泥炭的经济价值最明显。
4.从实验中可以得出泥炭对铜离子、镍离子的完全吸附时间在90分钟。
5.通过正交实验确定各离子的最佳实验条件。当投加量为0.2,PH值为6.5,震荡时间为60分钟,初始浓度为0.05mg/L时,为铜离子的最佳实验条件,吸附效果最好。当投加量为0.25,PH值为6,震荡时间为60分钟,初始浓度为0.06mg/L时,为镍离子的最佳实验条件,吸附效果最好。
参考文献
[1]科什特万И.И.著.校泥炭的基本性质及其测定方法.北京:科学出版社,1989.1-2
[2]王鲁敏等.硝化褐煤对铬离子溶液的吸附研究.环境化学,2001,20(1):54-58
[3]郁建栓. 浅谈重金属对生物毒性效应的分子机理. 环境污染与防治,1996,18(4):28
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