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大蒜废弃物吸附柠檬酸彩平台淋洗液中镉离子的

收稿日期:2016年11月15日;任命日期:2016年12月3日;揭晓日期:2016年12月6日 柠檬酸试剂对复合重金属污染泥土具有优秀的洗脱成效,兼之对境遇友情等所长而正在泥土修复规模备受闭...

产品概述

  收稿日期:2016年11月15日;任命日期:2016年12月3日;揭晓日期:2016年12月6日

  柠檬酸试剂对复合重金属污染泥土具有优秀的洗脱成效,兼之对境遇友情等所长而正在泥土修复规模备受闭心。怎样高效经济地脱除淋洗液中的重金属离子,告竣柠檬酸淋洗液的轮回应用,是泥土淋洗工夫适用化进程中非凡要害的题目。本文提出生物吸附的办法,来告竣对柠檬酸溶液介质中镉离子的脱除。详细采用了大蒜皮生物吸附剂,对人工配制的柠檬酸溶液中镉离子的吸附脱除举行了测验窥察,席卷溶液pH、吸附时光、吸附剂用量、柠檬酸浓度、共存离子、搅拌速率、反响温度等测验参数对脱除成效的影响。测验结果说明60分钟内吸附可达均衡;pH为4时吸附功用最佳;吸附剂用量添补,吸附功用速捷升高;反响温度、搅拌速率和共存滋扰离子对吸附成效的影响不明显。吸附剂经历众次的吸附/解吸操作后,还能够对镉离子具有优秀的吸附成效。

  过去50众年里,环球大约有2.2万t的镉、93.9万t的铜、78.3万t的铅和135.0万t的锌被排放到境遇中,个中局限进入泥土,使某些地域的泥土遭致污染 [1] 。中邦农业部对污灌区的考查显示,正在约140万公顷的污灌区中,有64.8%的土地遭遇重金属污染,个中轻度污染面积占46.7%,中度污染面积占9.7%,告急污染面积占8.4% [2] 。环保部与领土资源说合揭晓的《宇宙泥土污染考查公报》显示局限地域泥土污染告急,就污染物超标而言,镉、铅、汞、砷、铜、铬、锌、镍等重金属的超标率折柳为7.0%、1.5%、1.6%、2.7%、2.1%、1.1%、0.9%、4.8% [3] 。目前,宇宙每年受到重金属污染导致的粮食减产及污染闭连失掉起码200亿元 [4] 。重金属污染不单污染泥土以致农作物减产乃至绝收,还能够通过食品链转移到动物、人体内,告急危险动物、人体康健 [5] [6] [7] 。镉米、血铅、砷毒等重金属污染危险事宜近年来常睹诸报道 [8] [9] 。泥土重金属污染仍旧成为泥土污染中倍受闭心的大众题目之一。

  泥土淋洗法是可以告竣泥土中重金属彻底脱除的工夫之一,即用淋洗液洗濯污染泥土,将泥土固相中的重金属污染物转化到液相中,到达去除污染物的主意 [10] 。日常地,淋洗剂众采用盐酸、氯化钙等无机化合物,或EDTA、DTPA等人工螯合剂,其它另有采用柠檬酸等自然有机酸 [11] [12] [13] [14] 。个中,无机酸淋洗剂容易导致泥土的酸化、板结、盐碱化;人工螯合剂具有肯定迫害效率,难以生物降解,残留正在泥土中容易变成历久性的二次污染 [15] [16] 。为此,商讨与重金属离子配合效率稍弱的小分子有机酸动作重金属污染泥土的淋洗剂,该当是较为相宜的拣选 [17] 。柠檬酸动作模范的小分子有机酸淋洗剂,对复合重金属的污染泥土具有较好的洗脱成效,且可生物降解,尽管少量残留也不会变成告急污染,是一种境遇友情型的泥土淋洗剂 [18] 。然而,采用淋洗法管辖会耗费豪爽的柠檬酸试剂和水溶液,淋洗液的高效、经济再生轮回的可行性,直接裁夺了泥土淋洗修复办法的经济性和适用性。为此,咱们提出采用生物吸附工夫来直接脱除淋洗液中的重金属离子,生物吸附是一种使用便宜的活性或灭活生物细胞吸附重金属离子的办法,具有高效、便捷、经济、易操作等众方面上风 [19] [20] [21] [22] 。生物吸附较古代执掌办法有良众所长,如投资小,功用好,可反复应用,无二次污染 [23] 。采用生物吸附的办法来告竣淋洗液中重金属离子的敏捷脱除,使柠檬酸淋洗剂能正在重金属污染管辖中的高效、经济的再生轮回使用,从而可望明显低浸泥土淋洗法的本钱,使淋洗法成为真正可工程化操作奉行的好工夫。本论文劳动将对人工配制的含镉柠檬酸溶液举行生物吸附脱镉测验窥察。

  采用电感耦合等离子体光谱仪(ICP)来检测溶液中金属离子的浓度。其检测道理:使用等离子体勉励出光源,使试样汽化,然后分析或离解成原子状况,从而进一步电解成离子状况。正在光源中离子受到勉励发光,光谱仪将光源发射的光按波长分列成光谱,然后检测发射光的强度,从而获得元素的含量。

  式中Ci和Ce折柳是溶液中Cd2+肇端浓度和吸附达均衡后的浓度,单元为mg/L,W为吸附剂的质料,单元为mg;V为标的溶液的体积,单元为ml。

  经打破后的大蒜皮毁灭物先后用自来水和去离子水洗濯,除去杂质后,出席肯定量的去离子水(固液比为1:2),获得大蒜毁灭物悬浮液。用某混杂化学溶液对其举行改性,室温搅拌反响24 h,随后用蒸馏水一再洗涤抽滤至滤出液pH为中性,于60℃胀风干燥箱中烘干,烘干时光为24 h以上,获得化学改性大蒜皮生物吸附剂。

  用蒸馏水装备肯定浓度的柠檬酸和硝酸镉混杂溶液,动作模仿的泥土淋洗溶液。将筛分好的大蒜毁灭物生物吸附剂(40~50目)与模仿溶液混杂置于锥形瓶中,安排正在恒温波动箱里举行反响。通过限制吸附时光、溶液的pH、柠檬酸浓度、吸附剂质料、搅拌速率等测验前提,并经历结果领悟得出最佳的吸附前提。

  切磋吸附时光对大蒜毁灭物对吸附重金属离子的影响,从而寻得到达吸附均衡的时光点。装备肯定前提的模仿溶液,量取30 ml的溶液置于锥形瓶中(规格为50 ml)并出席肯定量的生物吸附剂。将锥形瓶置于振荡箱中举行反响,并于区别的吸附时光间隔内取出锥形瓶。反响完毕,取滤液用来丈量吸附后溶液中重金属镉的浓度,并策动出区别吸附时光的吸附功用,其结果如所示。

  从中能够得出跟着时光的拉长,吸附剂对Cd2+的吸附功用不时添补,正在约60 min时,跟着吸附时光的进一步拉长,吸附功用依旧正在一个固定值,说明此时吸附到达均衡。本质上,只需10分钟,彩平台即可到达均衡吸附率的85%,为此,为了明显降低淋洗液的再生轮回速率,能够选取10分钟的吸附操作时光。该吸附时光,对付实际的泥土淋洗液中镉离子的吸附脱除具有较好的可操作性,时光短,利于敏捷告竣泥土淋洗液的再生轮回,以降低大面积淋洗农田泥土的功用和缩短管辖周期。

  浓度为20 mg/L,柠檬酸浓度为0.05 mol/L,pH = 4,溶液体积30 ml,吸附剂颗粒巨细100 μm,摇床速率为150 r/min,反响温度25℃

  pH值是溶液反响的首要参数,为了切磋pH对吸附进程的影响,正在室温下,将肯定质料的吸附剂出席到含Cd2+柠檬酸溶液中,溶液体积为30 ml,调整pH值正在1~9之间,正在恒温摇床里举行反响。待反响完毕,丈量吸附前后溶液中Cd2+浓度,整顿数据如所示。

  浓度为20 mg/L,柠檬酸浓度为0.05 mol/L,溶液体积30 ml,吸附剂颗粒巨细100 μm,摇床速率为150 r/min,反响温度25,反当令间60 min

  由图可睹,溶液pH值对吸附进程有着明显影响,跟着pH值的升高,吸附功用也越高,当pH = 3~4时,吸附功用到达最大,之后吸附成效跟着pH的改变降低显着。正在pH小于3时,酸性较强,吸附率偏低,则可归结于溶液中较高的H+浓度逐鹿吸附的原因;而正在pH大于4此后,跟着溶液pH值升高,吸附率迅猛降低,则可归结于柠檬酸根与镉离子之间的络合阴离子效率力强化,大蒜毁灭物要告竣对络合阴离子的吸附,则吸附剂颗粒皮相的阴离子功效团-COO–与络合阴离子之间猛烈的静电相斥,以致络阴离子难以亲近吸附剂颗粒皮相,自然难以被有用吸附,而使得吸附功用明显受抑。

  柠檬酸浓度不单对重金属污染泥土的淋洗成效有着直接影响,同时对生物吸附成效有着显着的效率。本组测验通过调整柠檬酸的浓度来切磋吸附成效的效率,安排好反响前提,将装备好的模仿溶液安排正在恒温箱里举行反响。检测领悟结果如所示。可睹,跟着柠檬酸浓度的升高,吸附剂对镉离子的吸附功用速捷降低。文献报道了柠檬酸淋洗泥土中重金属成效,商讨到淋洗成效以及柠檬酸试剂的耗费,所确定的柠檬酸浓度正在0.01 mol/L到0.10 mol/L之间 [24] ,集合本切磋测定的吸附成效,假设归纳商讨化学淋洗和生物吸附两个方面的功用,柠檬酸浓度可采取为0.05 mol/L,则能同时餍足淋洗和吸附脱除成效。

  为琢磨大蒜毁灭物生物毁灭物的吸附容量题目,将对区别镉离子浓度的柠檬酸溶液安排正在恒温振荡箱里举行吸附测验,检测并整顿结果如所示。由图能够看出,跟着Cd2+浓度的添补,吸附容量显着升高,吸附容量到达50 mg/g的工夫趋于均衡。

  为切磋反响温度对吸附进程的影响,本组测验将30 mL的混杂模仿溶液置于恒温振荡箱中,折柳调整恒温箱的温度为25℃、30℃、35℃、40℃举行反响,检测并整顿测验结果。如所示能够得出,温度对反响进程的影响不显着,吸附功用简直稳固,也即是说该吸附进程对温度的改变并不敏锐,吸附进程的外观活化能很小,由此可推定该吸附反响进程首要受到物理扩散举措束缚。

  浓度为20 mg/L,溶液体积30 ml,吸附剂颗粒巨细为100 μm,摇床速率为150 r/min,反响温度25℃,反当令间60 min

  反响前提:100 mg GP-gel,柠檬酸浓度为0.05 mol/L,溶液体积30 ml,pH为4,吸附剂颗粒巨细为100 μm,摇床速率为150 r/min,反响温度25℃,反当令间60 min

  本组测验将磋议摇床速率对吸附进程的影响,将出席吸附剂的重金属模仿溶液置于恒温振荡箱中,调整摇床的速率折柳为50、100、150、200、250 r/min,让其举行充斥反响,得出区别测验结果,如所示。从图中能够看出跟着摇晃速率的变大,吸附剂正在溶液中的吸附功用渐渐增高,当转速到达150 r/min时,跟着转速不停增大,吸附功用改变不再显着。昭彰,这个结果跟前述之温度的影响是相仿的,反应出了吸附进程受扩散举措束缚,因而正在肯定限度内加快振荡速率有利于扩散吸附进程。

  为切磋大蒜毁灭物吸附剂用量对吸附Cd2+影响,折柳称取已知区别质料的吸附剂对重金属溶液举行

  浓度为20 mg/L,pH = 4,柠檬酸浓度为0.05 mol/L,溶液体积30 ml,吸附剂颗粒巨细为100 μm,摇床速率为150 r/min,反响温度25℃,妇科洗液反当令间60 min

  浓度为20 mg/L,柠檬酸浓度为0.05 mol/L,pH为4,溶液体积30 ml,吸附剂颗粒巨细为100 μm,反响温度25℃,反当令间60 min

  吸附测验,检测并整顿结果如所示。由图可知,跟着吸附剂用量的添补,吸附功用不时添补,当吸附剂用量增大到100 mg时,吸附剂量的添补对吸附成效的影响改变不再明显。时珍本草由吸附弧线的趋向可睹,尽管添补吸附剂的用量到很高的水准,也不行告竣镉离子的100%吸附脱除,这意味着大蒜毁灭物吸附剂对镉离子的吸附是有肯定控制的。一味地通过添补吸附剂用量妄图到达更高功用的镉离子脱除,并不行以很好的告竣,该当寻找另外途径和计划,例如优化吸附剂的活性、添补吸附次数等办法。

  为切磋区别颗粒尺寸的吸附剂对重金属溶液的吸附次序,现用筛分出七种区别粒径的吸附质料正在相

  浓度为20 mg/L,柠檬酸浓度为0.05 mol/L,pH为4,溶液体积30 ml,吸附剂颗粒巨细为100 μm,反响温度25℃,摇床速率为150 r/min,反当令间60 min

  同前提下举行吸附反响,其结果如所示,跟着吸附剂颗粒尺寸变大,吸附功用渐渐低浸。然则降低的水准并不大,800 μm粗颗粒的大蒜毁灭物吸附剂比80 μm细颗粒的吸附剂粒度大10倍,然而对镉离子的吸附功用仅仅降低了10%云尔。这个结果意味着,大蒜毁灭物吸附剂颗粒很也许是众空状的微观机闭,对镉离子正在其皮相积内部微孔中的扩散、渗入、吸附并稳固成告急失败,才会闪现出以上吸附次序。

  泥土淋洗液往往是众离子的繁复编制,模范泥土因素组成的金属元素有Mg、Ca、Fe、Al;常睹的污染也往往是众元重金属元素的复合参加,如Ni、Pb、Cu和Zn等同时都有。切磋溶液中共存阳离子对大蒜毁灭物生物质料对溶液中重金属Cd2+的吸附成效,将很故意义。详细地,挨次将泥土金属元素和重金属元素所对应的硝酸盐出席到模仿混杂溶液中,个中调整泥土组成金属元素的浓度为0.01 mol/L,复合重金属元素的浓度为20 mg/L,然后用生物吸附剂对其举行吸附测验,检测整顿得出如测验结果。由图外可看出,泥土金属元素和重金属元素对吸附铅离子不显示出任何优先的吸附逐鹿性,对铅离子的吸附吸附行动简直没有影响,大蒜皮生物吸附剂仍可保存对铅离子较高的吸附功用。

  ,现将其所对应的钠盐挨次出席到模仿的混杂溶液中,调整其浓度为0.01 mol/L,然后置于恒温振荡箱里举行反响。时珍草本检测整顿得出如测验结果。由图能够看出,所加Cl

  的溶液吸附功用有肯定水准的降低,来源是阴离子正在反响进程中使溶液pH更改,溶液pH的更改势必会影响吸附剂的吸附职能,从而低浸了吸附成效,详细状况请参考3.2。

  为了验证吸附剂一再应用时吸附重金属的成效,将对吸附模仿溶液中重金属的吸附剂过滤后放正在30

  浓度为20 mg/L,柠檬酸浓度为0.05 mol/L,pH为4,溶液体积30 ml,摇床速率为150 r/min,反响温度25℃,反当令间60 min

  浓度为20 mg/L,柠檬酸浓度为0.05 mol/L,pH为4,溶液体积30 ml,吸附剂颗粒巨细为100 μm,摇床速率为150 r/min,反响温度25℃,时珍国医国药杂志反当令间60 min

  ml的硝酸溶液里举行酸浸1 h,设定酸洗溶液的pH = 0.5,酸洗完毕后,将过滤洗濯所得的吸附剂从新对重金属溶液举行吸附,这样一再举行测验,测试得出如图结果。从中能够看出吸附剂一再应用依旧有优秀地吸附成效。

  为验证吸附剂对切实泥土淋洗液中重金属的淋洗成效,现称取100 mg泥土,用1000 ml浓度为0.05 mol/L的柠檬酸溶液对其举行淋洗2小时,浸淀过滤,用所得清液装备成20 mg/L的含铅离子溶液,如所示。采取区别质料的吸附剂为变量,置于振荡箱中举行反响一小时,其结果如。可睹,因为泥土因素繁复,所含离子品种繁众,这都也许影响吸附剂最终吸附成效,使得吸附功用有所低浸。然而相宜添补吸附剂用量,能够使其脱除淋洗液中镉的功用正在60%以上。

  浓度为20 mg/L,柠檬酸浓度为0.05 mol/L,pH为4,溶液体积30 ml,吸附剂颗粒巨细为100 μm,摇床速率为150 r/min,反响温度25℃,反当令间60 min

  浓度为20 mg/L,柠檬酸浓度为0.05 mol/L,pH为4,溶液体积30 ml,吸附剂颗粒巨细为100 μm,摇床速率为150 r/min,反响温度25℃,反当令间60 min

  基于以上的吸附结果,咱们拟定了一条针对重金属污染泥土的淋洗法管辖修复工艺途径,如所示。正在该工艺途径 mol/L的柠檬酸水溶液对泥土中的重金属举行淋浸执掌(该操作既能够正在田间原位发展,也能够将污染泥土发掘转化到浸槽中的办法发展),将泥土中的重金属(如镉)转化到水溶液中;然后再将大蒜毁灭物吸附剂颗粒物与含镉淋洗液举行接触、吸附(该操作既能够采用掷洒混杂搅拌吸附办法,也能够采用修筑吸附墙或吸附网的办法),当然为了保障吸附脱除成效,也能够众次、众

  浓度为20 mg/L,柠檬酸浓度为0.05 mol/L,pH为4,溶液体积30 ml,吸附剂颗粒巨细为100 μm,摇床速率为150 r/min,彩平台反响温度25℃,反当令间60 min

  级奉行以上吸附计划;吸附了重金属的大蒜毁灭物吸附剂能够用稀酸将个中的重金属镉解吸接收浓集,而吸附剂颗粒则能够用作下一次的吸附重金属操作应用;而吸附净化执掌过的柠檬酸淋洗液又复原了淋洗才干(除了吸附失掉微量柠檬酸,其量简直和镉离子浓度相上下,另有少量残留正在淋浸后的泥土中的柠檬酸失掉量外),能够用到下一块污染农田泥土的淋洗、脱除重金属。云云即可告竣淋洗液的轮回应用、大蒜毁灭物吸附剂的轮回应用从外面上讲,这个进程中泥土被淋洗清洁了,而重金属被转化、浓缩、富集起来了,淋洗液和吸附剂仅仅折柳饰演了卓异的“泥土中重金属搬运工”和“淋洗液中重金属搬运工”的脚色,两者搭配,告竣了全流程很好的连结温和行,大大省俭了泥土淋洗液的药剂本钱、再生应用本钱,从而使得泥土淋洗工夫的工程化大范围奉行。

  柠檬酸动作淋洗剂对泥土重金属有着优秀的洗脱成效,大蒜毁灭物生物吸附剂可以优秀地吸附出化学淋洗剂柠檬酸中的重金属Cd

  ,全豹进程能够优秀的告竣柠檬酸淋洗剂正在泥土重金属污染管辖中的轮回应用,高效且不存正在二次污染。通过编制的测验切磋,推选较优化的吸附进程的根本测验前提为:pH = 4,柠檬酸浓度为0.05 mol/L,温度为25℃,搅拌速率150 r/min,吸附剂尺寸为200 μm,反当令间为60 min。个中共存离子对吸附进程影响很小,吸附容量能够到达50 mg/g,吸附功用跟着吸附剂质料的添补渐渐升高,但归纳商讨吸附功用和吸附容量,每30 ml反响溶液增添100 mg吸附剂。基金项目

  本课题受到北京市科委项目基金维持(标题:大蒜毁灭物生物质吸附质料管辖重金属污染工夫中试及工业化切磋)。

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