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泥炭對水中重金屬的吸附研究
摘要:泥炭的原始物質主要來自蘚類和草本植物,是在低溫、酸性和厭氧環境中形成的,作為天然生物活性物質的載體,泥炭比褐煤、風化煤等含有的大分子物質豐富得多。因此,泥炭具有廣闊的綜合利用價值。我國的泥炭資源非常豐富,總儲量約50億噸以上,合理地開發和利用泥炭,對國民經濟建設,環境保護具有重要的意義。
關鍵詞:泥炭;重金屬離子;吸附
現代工業和其它產業的發展,城市人口的增長使環境污染越來越嚴重,使目前為數不多的水源遭到了大量的污染。生活污水,工業廢水,農田農藥化肥等的水溶物和廢氣的淋洗物等對水體進行了大量的污染使水體內部平衡被破壞水體失去自我凈化的能力,重金屬污染物大量富積。包括砷、汞、鎘、鉛、鎳、銅等大量重金屬污染物等,嚴重危害正常的生產工作和生活。
1 重金屬的危害
1.1 鎳的危害
鎳可引起接觸性皮炎。大量口服時會出現嘔吐(像銅中毒一樣)、腹瀉、急性胃腸炎和齒齦炎,長期接觸,能使頭發變白。長期接觸低濃度羰基鎳,可能會全身中毒,導致肺、肝、腦等損害,并可能導致肺癌、胃癌、副鼻竇癌的發病率和死亡率增高。
1.2 銅的危害
攝入過量的銅是有害的,銅鹽尤其是醋酸銅和硫酸銅的毒性比銅本身大。有色冶金廢水中的銅多為硫酸銅。人口服硫酸銅的致死量約為10g,有時口服0.65～0.975g即可產生嚴重中毒。
2 泥炭吸附重金屬的機理
吸附機理有離子交換、絡合、表面吸附、化學吸附等四種,離子交換法在廢水處理口中應用較廣,主要用于去除廢水中的金屬離子。泥炭還可通過絡合、表面吸附和化學吸附從水中吸附重金屬離子。
3 PH值對吸附率的影響
3.1 實驗方法
為防止PH過高重金屬離子發生沉淀,在酸性范圍內設了pH從2到7的六個梯度。配制50mg/L 的Cu2 、Ni2 溶液100ml,調pH分別至2,3,4,5,6,7,并置于250ml具塞三角燒杯中,加入泥炭(0.2g),室溫條件下振蕩2小時(150r/min),過濾,取濾液,用原子吸收法檢測Cu2 ,用丁二酮肟光度法檢測Ni2 。
3.2 PH對泥炭吸附重金屬的影響
試驗發現,PH對泥炭吸附效率的影響很大,在PH2～6之間吸附效果顯著增大,在6的時候取得最大值,達到了68.94%;當PH為7的時候泥炭對銅離子的吸附效果則開始下降,變為68.51%。所以說當PH為6的時候泥炭對銅離子的吸附效果最好,接近70%。同理,鎳離子在PH2～6之間吸附效果顯著增大,在6的時候取得最大值,達到了83.57%;當PH為7的時候泥炭對鎳離子的吸附效果則開始下降,變為78.63%。所以說當PH為6的時候泥炭對鎳離子的吸附效果最好,接近85%。
4 金屬離子的初始濃度對吸附效率的影響
4.1 實驗方法
分別配制濃度為5、10、20、50、100mg/L的Cu2 、Ni2 溶液100ml,調pH至最佳,置于250ml具塞三角燒杯中,加入泥炭(0.2g),室溫條件下振蕩2小時(150r/min),過濾,取濾液,用原子吸收法檢測Cu2 ,用丁二酮肟光度法檢測Ni2 。
4.2 初使濃度對泥炭吸附效果的影響
試驗發現,隨著起始濃度的增加,泥炭的去除率在50%的時候明顯變緩,可以確定在初始濃度50mg/L的時候是最好的實驗條件。此時單位質量的泥炭去除的鎳離子的數量最大。同理,鎳離子隨著起始濃度的增加,泥炭的去除率在50%的時候明顯變緩,可以確定在初始濃度50mg/L的時候是最好的實驗條件。此時單位質量泥炭去除的銅離子的數量最大。
5 泥炭投加量對吸附效果的影響
5.1 實驗方法
配制50mg/L Cu2 、Ni2 兩種重金屬離子溶液,分別各取100ml,每種金屬離子溶液取6組,調pH至最佳,置于250ml具塞三角燒杯中,分別加入0.05、0.1、0.2、0.3g的泥炭,于室溫下振蕩2小時(150r/min),過濾,取濾液,用原子吸收法檢測Cu2 ,用丁二酮肟光度法檢測Ni2 。
5.2 泥炭投入量對吸附重金屬的影響
試驗發現,當投加量到0.2的時候,吸附效率有顯著的提高,然后吸附效果的增加開始放緩,可以確定,在投加量為0.2的時候泥炭的經濟價值最明顯,也能夠減小設備的負擔。所以對于銅離子來說,投加量為0.2的時候是最好的。同理,鎳離子當投加量到0.2的時候,吸附效率有了一個顯著的提高,然后吸附效果的增加開始放緩,可以確定,在投加量為0.2的時候泥炭的經濟價值最明顯。所以對于鎳離子來說,投加量為0.2的時候是最好的。
6 時間對吸附效果的影響
6.1 實驗方法
配制50mg/L Cu2 、Ni2 兩種重金屬離子溶液,分別各取100ml,每種金屬離子溶液取6組,調pH至最佳,置于250ml具塞三角燒杯中,分別加入0.2g的泥炭,于室溫下振蕩10、30、60、90(150r/min),過濾,取濾液,用原子吸收法檢測Cu2 ,用丁二酮肟光度法檢測Ni2 。
6.2 吸附時間對泥炭吸附重金屬的影響
試驗發現,在開始的20分鐘時間里,泥炭對銅離子的吸附速度很快;在接下來的70分鐘里,泥炭對銅離子的吸附增長速度緩慢;從90分鐘以后,泥炭對銅離子基本上沒有再吸附,所以認為把標準時間定在穩定期是合理的,即120分鐘。同理,鎳離子在開始的30分鐘時間里,泥炭對鎳離子的吸附速度很快;在接下來的60分鐘里,泥炭對鎳離子的吸附增長速度緩慢;從90分鐘以后,泥炭對鎳離子基本上沒有再吸附。
7正交設計表
7.1 Cu2 正交設計表
如圖所示,當投加量為0.2,PH值為6.5,震蕩時間為60分鐘,初始濃度為0.05mg/L的時候,吸附效果最好。
7.2 Ni2 正交設計
如圖所示,當投加量為0.25,PH值為6,震蕩時間為60分鐘,初始濃度為 0.06mg/L的時候,吸附效果最好。
結論
1.當PH為6的時候泥炭對鎳離子的吸附效果最好,接近85%;銅離子的吸附效果最好,超過95%。
2.在初始濃度50mg/L的時候,單位質量的泥炭去除的鎳離子、銅離子的數量最大。
3.當投加量到0.2的時候,吸附效率有了一個顯著的提高,然后吸附效果的增加開始放緩,可以確定,在投加量為0.2的時候泥炭的經濟價值最明顯。
4.從實驗中可以得出泥炭對銅離子、鎳離子的完全吸附時間在90分鐘。
5.通過正交實驗確定各離子的最佳實驗條件。當投加量為0.2,PH值為6.5,震蕩時間為60分鐘,初始濃度為0.05mg/L時,為銅離子的最佳實驗條件,吸附效果最好。當投加量為0.25,PH值為6,震蕩時間為60分鐘,初始濃度為0.06mg/L時,為鎳離子的最佳實驗條件,吸附效果最好。
參考文獻
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