一種應用原生甜杏仁皮吸附廢水中重金屬鉛離子的方法與流程

2023-05-11 14:18:46

本發明屬於廢水處理技術領域，尤其涉及一種應用原生甜杏仁皮吸附廢水中重金屬鉛離子的方法。

背景技術：

鉛是一種公認的重金屬汙染物，同時，鉛汙染也是最嚴重的環境問題。鉛在人體內不僅無任何生理作用，有害健康，還不能被自然生物降解，從而通過食物鏈系統，在動物和人體內累積，對生物體造成巨大傷害。隨著工業的發展，如鉛酸蓄電池、冶金、印刷、有色金屬採選等行業，在生產過程中都會產生大量含鉛廢水，會對土壤和地下水源造成汙染。目前處理含鉛廢水的工藝主要有：吸附法、沉澱法、生物法或離子交換法等。其中，生物法主要是利用生物體本身的特性和化學結構來吸附廢水中的重金屬離子，然後通過將生物吸附劑與水溶液分離，達到處理廢水的目的。這種方法因其具有成本低、方法簡單並能很好的避免去除不徹底、易造成二次汙染等優點，被廣泛應用於處理含鉛廢水，成為當前一個研究熱點。

近年來，已有一些生物質用於廢水中鉛的處理，如：蒲草（CN 102989425 B）、玉米葉（CN 103599754 B）、玉米衣（CN 103771555 B）、玉米須（CN 103816873 A）等。生物質吸附劑因其具有來源廣泛、種類繁多、易得、綠色環保等優點已越來越多地被應用到重金屬廢水的處理中。目前，尋找或製備新穎的生物質吸附劑已引起人們的廣泛關注。

杏仁皮上含有多種非金屬和金屬元素，尤其富含有大量的羥基、羧基及氨基等官能團，它有可能成為一種高效的去除重金屬的生物吸附劑。杏仁皮作為杏仁製品的固體廢料被傾倒，其價值尚未被充分開發利用。而鉛對環境及社會的危害極其嚴重，一旦過度攝入人體將嚴重影響健康，因此將杏仁皮作為生物吸附劑處理含鉛廢水，該方法尚未見文獻報導。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明提供一種應用原生甜杏仁皮作為生物質吸附劑處理含鉛廢水的方法，該方法處理工藝簡單、易操作、並且處理成本低，有效的實現了廢物的利用價值，對含鉛廢水處理效果良好。

為了實現上述目的，本發明提供了一種應用原生甜杏仁皮吸附廢水中重金屬鉛離子的方法，具體為：將原生甜杏仁皮洗滌、乾燥處理、研磨至顆粒大小為20-200目，得到原生杏仁皮生物質吸附劑；將待處理的含金屬鉛離子廢水的pH值調節為1.0-6.0，然後加入本發明的原生甜杏仁皮生物質吸附劑，25-45℃條件下恆溫振蕩吸附即可；吸附時間為1-120min。

所述的洗滌為用去離子水洗滌 2-3次。

所述的乾燥處理為採用恆溫乾燥箱，在50℃條件下乾燥4h。

所述的顆粒大小優選為40-140目。

所述的含鉛離子廢水中鉛的濃度為0.050-5.0mmol·L-1，優選為0.15mmol·L-1，所述的調節pH值為用 0.1mol·L-1的硝酸和0.1mol·L-1的氫氧化鈉調節；所述的pH優選為3.0-6.0。

所述的含鉛廢水用量與原生甜杏仁皮生物質吸附劑的用量比例為25mL：5-100mg；優選的，所述的含鉛廢水用量與原生甜杏仁皮生物質吸附劑的用量比例為25mL：20-50mg。

所述的振蕩吸附中振蕩的速率為150rpm。

所述的吸附時間優選為30-50min。

本發明的有益效果。

本發明的吸附劑為生物質吸附劑，原料屬於食品副產品來源廣泛，無生態毒性，不會產生二次汙染，而且還達到了以廢治廢的目的，屬於一種環境友好型的吸附劑，應用前景廣闊。本發明的原生甜杏仁皮生物質吸附劑的製備過程，簡單方便、易操作；本發明得到的原生甜杏仁皮生物質吸附劑在低濃度下對廢水中的鉛金屬有顯著的吸附效果，速度快，30min內吸附基本完成；本發明的處理工藝條件不苛刻，pH為3.0-6.0範圍內，受溫度影響可忽略不計，吸附劑用量少，僅為20mg，吸附容量大。

附圖說明

圖1原生甜杏仁皮吸附劑的紅外圖。

圖2原生甜杏仁皮吸附劑吸附重金屬鉛後的紅外圖。

圖3原生甜杏仁皮吸附劑的電鏡圖。

圖4原生甜杏仁皮吸附劑的能譜圖。

圖5原生甜杏仁皮吸附劑原料及粉碎圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，實施例是實驗室小型製備方法，描述的內容僅為便於理解本發明，而非對本發明保護範圍的限制。

實施例1。

將原生甜杏仁皮先用去離子水洗滌去除灰塵和雜質，再用恆溫燥箱在50℃下乾燥，乾燥後的原生杏仁皮用研缽研磨，得到40-140目的原生杏仁皮生物質吸附劑，密封備用。

用實施例1製備得到的生物質吸附劑進行以下實施2-6中的去除Pb2+的吸附實驗。

實施例 2。

移取25mL，低濃度 (0.050、0.10、0.15、0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.70mmol·L-1)的Pb2+溶液，置於100mL的錐形瓶中，用0.1mol·L-1的硝酸/氫氧化鈉調節pH為4.0，加入20mg實施例1製備的原生甜杏仁皮作為吸附劑，25-45℃條件下，在轉速為150rpm 的恆溫振蕩器上吸附50min後，用濾紙過濾，取濾液，稀釋不同的倍數，用火焰原子吸收分光光度計測定 Pb2+的濃度。結果如表1所示。

Pb2+的吸附率按照以下公式計算（下同）。

。

上式中，C0為吸附前廢水中Pb2+濃度 (mmol·L-1)，C為吸附一定時間後廢水中剩餘的Pb2+濃度 (mmol·L-1)。

表1：吸附劑在不同初始濃度的含鉛廢水中對Pb2+的吸附效果。

由表1可知，金屬初始質量濃度在0.050-0.20mmol·L-1時，吸附率均在90%左右及以上，吸附效果很好；繼續增大濃度0.30-0.70mmol·L-1，吸附效率逐漸減小，但平均吸附率均在50%以上。

實施例 3。

移取25mL，一系列濃度(1.0、2.0、3.0、4.0、4.5、5.0 mmol·L-1)的Pb2+溶液置於100mL的錐形瓶中，用0.1mol·L-1的硝酸和氫氧化鈉調節pH為4.0，加入20mg實施例 1製備的原生甜杏仁皮作為吸附劑，25-45℃條件下，在轉速為150rpm的恆溫振蕩器上吸附50min後，用濾紙過濾，取濾液，稀釋不同的倍數，用火焰原子吸收分光光度計測定Pb2+的濃度；結果如表 2所示。

Pb2+的吸附容量按照以下公式計算（下同）。

。

上式中，q為吸附容量(mmol·g-1)，C0為吸附前廢水中Pb2+濃度 (mmol·L-1)，C為吸附一定時間後廢水中剩餘的Pb2+濃度 (mmol·L-1), V為金屬離子的體積（mL）；m為加入吸附劑的量（mg）。

表2：吸附劑在不同初始濃度的含鉛廢水中對Pb2+的吸附容量。

由表2可知，吸附容量隨著金屬初始濃度的增大而增大；最大值吸附容量可達0.72 mmol·g-1。

實驗例 4。

移取25mL，0.15mmol·L-1的 Pb2+溶液置於100mL的錐形瓶中，用 0.1mol·L-1的硝酸和氫氧化鈉調節pH值(1.0、2.0、2.5、3.0、4.0、5.0和6.0)，加入20mg實施例1製備的原生甜杏仁皮作為吸附劑，25℃下，在轉速為150rpm的恆溫振蕩器上吸附50min後，濾紙過濾，取濾液，稀釋不同的倍數，用火焰原子吸收分光光度計測定Pb2+的濃度，結果如表 3 所示。

表3：吸附劑在不同pH值條件下對Pb2+的去除效果。

由表3可知，吸附率隨著pH值的遞增而增加，達到平臺之後略有減小。實驗結果顯示，pH值在3.0-6.0時，吸附率均在93%以上，吸附效果很好。

實施例 5。

移取25mL，0.15mmol·L-1的Pb2+溶液置於100mL的錐形瓶中，用 0.1mol·L-1的硝酸和氫氧化鈉調節pH值為4.0，加入(5、10、15、20、30、40和50mg)實施例1製備的原生甜杏仁皮作為吸附劑，25℃下，在轉速為150rpm的恆溫振蕩器上吸附50min後，用濾紙過濾，取濾液，稀釋不同的倍數，用火焰原子吸收分光光度計測 Pb2+的濃度，結果如表4所示。

表4：吸附劑在不同添加量的條件下對Pb2+的去除效果。

由表4可知，吸附率隨著吸附劑量的增大而增大，在20-50mg範圍內，吸附率均在96%以上，吸附效果很好。

實施例6。

移取0.15mmol·L-1的Pb2+溶液置於50mL的錐形瓶中，用0.1mol·L-1的硝酸/氫氧化鈉調節pH為4.0，加入20mg實施例1製備的原生甜杏仁皮作為吸附劑，在25-45℃條件下，在轉速為150rpm的恆溫振蕩器上吸附(1、5、10、20、30、40、50、60、90和120min)，用濾紙過濾，取濾液，稀釋不同的倍數，用火焰原子吸收分光光度計測定Pb2+的濃度，實驗結果如表5所示。

表5：吸附劑在不同吸附時間的條件下對Pb2+的去除效果。

由表5可知，吸附非常迅速，在前 5min 之內，平均吸附率達到80%以上，在30min之後平均吸附率達到95%以上，吸附效果非常好。

實施例 7。

實施例 1 所述原生甜杏仁皮吸附劑經研磨至過200目標準篩製得粉末，用傅立葉紅外光譜儀採用KBr壓片法測量，結果如圖1所示。

在3335cm-1處的峰寬且強，來自於多聚體中分子間氫鍵O-H伸縮振動；在 2923-2853cm-1處的兩個吸收峰來自於-CH伸縮振動；在1745cm-1左右的峰來自於C=O伸縮振動；在1615cm-1左右的峰來自於N-H變形振動,1436cm-1的峰來自於C-N伸縮振動吸收；在1100-1300cm-1左右的峰來自於C-O伸縮振動，在1023cm-1左右的峰來自於C-N伸縮振動；800-550cm-1的峰來自於O-H面外彎曲振動。

材料吸附鉛後的紅外圖，見圖2，多處吸收峰發生了不同程度的移動，如3335、1615、1436、1023cm-1等處的吸收峰都分別移動到3289、1652、1418、1016cm-1，在1521cm-1處多了一個吸收峰，這些峰值波數的移動說明： -OH、-COOH、-CONH等官能團參與了吸附過程。

實施例 8。

實施例 1 所述原生甜杏仁皮吸附劑研磨至過80-100目標準篩製得粉末，用場發射掃描電子顯微鏡記錄原生甜杏仁皮形貌及能譜如圖3-4所示。

如圖3所示，在500倍的放大倍數下，可清楚的看出原生甜杏仁皮的表皮細胞形貌，它們呈現出規則的六邊形，且凹凸不平，這些褶皺結構有利於原生甜杏仁皮對重金屬離子的吸附。

圖4中，原生甜杏仁皮中含有C、N、O、Cl、K、Ca、Mg和Cu等元素，其中非金屬元素可構成有利於原生甜杏仁皮吸附重金屬離子的重要官能團，而上面的金屬離子會與Pb2+發生離子交換反應，有利於鉛的吸附。

實施例 1 所述原生甜杏仁皮吸附劑原貌及粉碎圖，見圖5。