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贝壳粉对铅(Ⅱ)吸附性能的研究
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    在对废水中重金属离子的处理时,常用的方法包括化学沉淀法、电解法、离子交换、膜分离法、生物法和吸附法等,其中吸附法操作简单,在污水处理领域得到广泛的应用,常用的吸附剂有活性炭、沸石、粘土矿物和碳酸盐矿物等。

    贝壳是一种天然的有机无机杂化材料,其碳酸钙占95%,还有少量氨基酸和多糖物质。其中,碳酸钙矿物质作为吸附剂由于高效价廉且具有操作简单等特点得到广泛的
    关注。从动力学和热力学两方面探讨了贝壳粉的加 产物-壳聚糖对混合溶液中镉(Ⅱ)、铅(Ⅱ)的吸附性能,其中壳聚糖对镉(Ⅱ)、铅(Ⅱ)的吸附行为符合二级吸附模型,同时发现铅(Ⅱ)的吸附过程较好地符合Langmuir型吸附。

    贝壳是一种可广泛应用于吸附各种气体和液体杂质、各种细菌的新型吸附材料,并有着显著的吸附效果。贝壳粉作为一种廉价的天然清洁的材料,是一种效果良好的吸附剂,如何充分利用贝壳资源,已经成为以废弃物再利用为目的实现循环经济发展的重要课题,越来越引起人们的重视。
     
    本工作以贝壳粉为原料,采用火焰原子吸收光谱法测定铅 (Ⅱ )浓度,研究了贝壳粉对低浓度铅(Ⅱ)的吸附,并进一步了解贝壳粉对铅(Ⅱ)的吸附机理。

    1 试验部分
    1.1 仪器与试剂
    AA-6800型原子吸收光谱仪;
    101-2AB 型电热鼓风干燥箱;
    FW 177型中药粉碎机;
    雷磁 PHS-3C型PH计;
    SZ-93型自动双重纯水蒸馏器;
    FA 2400型电子分析天平。
    铅(Ⅱ)标准溶液:1.0g· L-1。
    硝酸、盐酸为优级纯;试验用水为二次蒸馏水。
     
    1.2 仪器工作条件
    铅的测定波长为284.3nm,光谱通带宽度为0.77nm,燃烧器高度为7nm,
    空气流量为8.0L·min-1,乙 炔流量为 2.0L·min-1,灯电流为10mA。

    1.3 试验方法
    1.3.1 样品的处理
    将采集的贝壳洗净、烘干、磨粉后进行过筛处理,得大于0.045cm(a),0.045~0.03cm(b),0.03~0.02cm(c),0.02~0.015cm(d)和 小于0.015cm(e)的贝壳粉,以四分法制得粉状样品。
    1.3.2 贝壳粉对铅(Ⅱ)的吸附试验
    称取一定量的贝壳粉,加入含铅(Ⅱ)的溶液中,静态吸附24h后,用离心机离心,取上清液在仪器工作条件下测定其中铅(Ⅱ)的残留浓度。按下式计算贝壳粉对铅(Ⅱ)的去除率和吸附量:
     

     
    式中:E为去除率,%;ρ0为吸附前金属离子的初始浓度,mg·L-1;ρ为吸附后铅(Ⅱ)的浓度,mg·L-1;q为吸附剂对金属离子的吸附量,mg·g-1;V为铅(Ⅱ)溶液的体积,L;m为吸附剂干重,g。

    2 结果与讨论
    2.1 标准曲线
    将1000mg·L-1铅(Ⅱ)标准溶液用硝酸(1+99)溶液稀释并配成铅(Ⅱ)标准溶液系列,按仪器工作条件进行测定,以铅(Ⅱ)质量浓度对其相应的吸光度绘制标准曲线。铅 (Ⅱ)质量浓度在 5.000~40.00mg·L-1范围内呈线性,其线性回归方程为A=0.017 25+0.013 95ρ,相关系数为0.998 9。
    2.2 贝壳粉粒径对吸附铅(Ⅱ)的影响
    在温度25℃的条件下,保持PH 7.0,将不同粒径的贝壳粉0.10g加入到20mg·L-1铅(Ⅱ)溶液100mL中,静置吸附24h,考察了粒径对吸附效果的影响,结果见图1。
     


    由图1可知:贝壳粉的吸附性能随贝壳粉粒径的减小而增大,因为吸附剂的粒径越小,比表面积越大,与溶液接触的表面积就越大,吸附越充分,吸附
    效果就越好。粒径小于 0.015cm 时贝壳粉对铅(Ⅱ)的吸附效果最好。

    2.3 酸度对贝壳粉吸附铅(Ⅱ)的影响
    在温度25℃条件下,将粒径小于0.015cm 的贝壳粉0.10g加入20mg·L-1铅(Ⅱ)溶液100mL中,试验考察了PH 3~7时对铅(Ⅱ)吸附效果的影响,结果见图2。
     
     
    由图2可知:随PH的增大,贝壳粉对铅(Ⅱ)的吸附量增加。溶液的初始PH是吸附过程中重要的影响因素,因为它可以影响重金属离子和吸附剂表面之间的络合反应、静电作用和表面沉淀等物理化学吸附机制。在PH较低的溶液中,贝壳粉对铅(Ⅱ)的吸附量较小,原因是这些氢离子会与金属离子竞争从吸附剂表面释放的CO32-,从而阻止金属离子在吸附剂表面生成碳酸盐沉淀;随PH升高,铅(Ⅱ)可以获得更 多的CO32-形 成Pb(OH)2沉淀,吸附量增大;但当PH大于7.0时,铅 (Ⅱ)会在溶液中形成Pb(OH)2沉淀。故试验选择PH为7.0。

    2.4 温度对贝壳粉吸附铅(Ⅱ)的影响
    在PH 7.0的条件下,将粒径小于0.015cm 的贝壳粉0.10g加入20mg·L-1铅(Ⅱ)溶液100mL中,在不同的温度下,静置吸附24h,考察其对吸附效果的影响,结果见图3。
    由图3可知:随温度的增大,吸附剂的吸附量增大。说明吸附过程为吸热过程。
    本工作通过研究不同粒径、相同吸附条件下的吸附情况,得出粒径小于0.015cm 的贝壳粉吸附效果最为显著,可为有效提高贝壳粉处理低浓度废水提供参考价值。

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