果皮吸附重金屬離子的現(xiàn)象、機(jī)理和應(yīng)用.pdf

1、重金屬水污染是我國(guó)當(dāng)前面臨的一個(gè)重要的環(huán)境問題。隨著近年來我國(guó)工業(yè)的迅速發(fā)展，在收獲巨大的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也對(duì)我們賴以生存的自然和生活環(huán)境帶來了諸多負(fù)面影響。如今，各類環(huán)境污染問題已經(jīng)越來越受到人們的重視。典型的重金屬污染物包括鎘、鉛、汞、砷、鉻等，這些重金屬元素大多是有毒有害物質(zhì)，并且可在生物體內(nèi)富集。諸如采礦、冶煉、電鍍和金屬加工等行業(yè)都會(huì)產(chǎn)生大量的含有重金屬污染物的廢水，這些工業(yè)廢水如果處理不當(dāng)排入自然水體，將會(huì)對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)以及

2、人類健康帶來巨大威脅。因此，預(yù)防和治理重金屬水污染是保護(hù)生態(tài)環(huán)境和人類自身的一項(xiàng)嚴(yán)峻而緊迫的工作。
　　生物吸附法是處理重金屬污染相關(guān)研究中的一個(gè)重要方法。與其他方法相比，生物吸附法最大的優(yōu)點(diǎn)是綠色安全，吸附劑來自于天然生物材料，既不會(huì)產(chǎn)生難以處理的污泥，也不會(huì)向自然水體內(nèi)引入任何潛在的有害物質(zhì)，具有良好的環(huán)境親和力，同時(shí)又有來源廣泛、成本低廉等特點(diǎn)。在生物吸附材料中，農(nóng)林廢棄物是重要的一類，本研究以一類常見的農(nóng)林廢棄物——果皮作

3、為吸附材料來進(jìn)行重金屬污染物處理的實(shí)驗(yàn)。
　　通過批量吸附實(shí)驗(yàn)，對(duì)比柚子、桔子、石榴、香蕉和山竹這5種水果的果皮對(duì)Cd2+、Ni2+、Cr6+、Cu2+和Zn2+共5類重金屬離子的吸附能力，并描述了吸附等溫線，結(jié)果表明果皮吸附重金屬離子的等溫線符合Langmuir型。通過Langmuir方程我們計(jì)算了每個(gè)吸附組合的最大吸附量，不同種類的果皮對(duì)同種金屬離子的吸附能力為：柚子皮，桔子皮>石榴皮，山竹皮>香蕉皮；同種果皮對(duì)不同重金屬離子

4、的吸附能力為：Cd2+>Ni2+, Zn2+, Cu2+>Cr6+。柚子皮和桔子皮對(duì)Cd2+的最大吸附量分別為21.32和21.83mg/g。
　　對(duì)比最大摩爾吸附量后發(fā)現(xiàn)，除了以陰離子存在的六價(jià)鉻以外，同一種果皮對(duì)不同離子吸附的最大摩爾吸附量是非常接近的，這說明對(duì)于同一種果皮材料，其單位表面積上與金屬離子的結(jié)合的點(diǎn)位幾乎是固定的，因此不論對(duì)于哪一種二價(jià)金屬陽(yáng)離子，其吸附的物質(zhì)的量幾乎是相同的。在成分分析的實(shí)驗(yàn)中，我們選擇批量吸附

5、中表現(xiàn)較好的柚子皮為對(duì)象。將柚子皮經(jīng)石油醚、乙酸乙酯、正丁醇、乙醇和熱水進(jìn)行梯度洗脫處理，并將每一步處理得到的吸附劑用于吸附鎘離子，結(jié)果顯示，每一步的洗脫處理都使材料的吸附能力增強(qiáng)了，而經(jīng)全步驟處理與未處理的果皮材料相比，對(duì)鎘離子的最大吸附量從21.32mg/g增加到了52.01mg/g。說明果皮成分中的脂類和可溶性多糖和其他小分子化合物等可溶和易水解物質(zhì)對(duì)吸附作用的貢獻(xiàn)不大，起主要吸附作用的物質(zhì)是以纖維素為主的不溶于水的天然高分子物質(zhì)

6、。
　　吸附反應(yīng)最適條件的確定對(duì)于吸附材料在處理重金屬的應(yīng)用上是非常重要的。Plackett-Burman和中心組合設(shè)計(jì)（CCD）是化工生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)中條件優(yōu)化的有效方法。本研究針對(duì)吸附反應(yīng)中重要的6個(gè)因素，初始濃度、吸附劑用量、吸附劑顆粒直徑、溫度、pH和吸附時(shí)間進(jìn)行分析。首先利用Plackett-Burman設(shè)計(jì)對(duì)這6個(gè)因素對(duì)去除率結(jié)果的顯著性進(jìn)行分析，分析結(jié)果顯示溫度和吸附時(shí)間兩個(gè)因素不是顯著影響因素，初始濃度、吸附劑用量、吸附

7、劑顆粒直徑和pH和為顯著影響因素。對(duì)篩選出的4個(gè)顯著影響因子，我們對(duì)其進(jìn)行了4因素5水平的CCD響應(yīng)面設(shè)計(jì)，將多個(gè)因子對(duì)去除率結(jié)果的影響進(jìn)行二次多元線性擬合。得到的最適吸附條件為離子初始濃度26.6mg/l，吸附劑用量5.44g/l，吸附劑粒徑90μm，pH值4.85，在此條件下的最大去除率為82.89％，并通過實(shí)驗(yàn)對(duì)這一最適條件進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　在果皮吸附劑處理電鍍廢水的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)中，本研究使用改良的柚子皮吸附材料，對(duì)三種類型的模