牡蠣殼粉對(duì)Cu2+吸附性能的研究*

鄧 勤，陸來仙，張瑞瑞

(欽州學(xué)院石油與化工學(xué)院，廣西 欽州 535000)

?

牡蠣殼粉對(duì)Cu2+吸附性能的研究*

鄧 勤，陸來仙，張瑞瑞

(欽州學(xué)院石油與化工學(xué)院，廣西 欽州 535000)

研究了牡蠣殼粉對(duì)水中Cu2+的靜態(tài)吸附性能，通過單因素實(shí)驗(yàn)考察了pH值、牡蠣殼粉用量、初始濃度、溫度及吸附時(shí)間對(duì)牡蠣殼粉吸附Cu2+的影響。結(jié)果表明：牡蠣殼粉對(duì)Cu2+有較好的吸附效果，隨著牡蠣殼粉用量增加、溶液pH的增大、溫度升高及吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，其對(duì)Cu2+的吸附率增大。吸附平衡時(shí)間為8 h，牡蠣殼粉用量為10 g/L時(shí)其對(duì)100 mg/L Cu2+廢液的吸附率達(dá)96%，吸附量為9.6 mg/g。

牡蠣殼粉；吸附；Cu2

銅的冶煉、加工以及電鍍等工業(yè)生產(chǎn)過程中都會(huì)產(chǎn)生大量含銅廢水，其含銅濃度從幾十到上千毫克每升不等[1]，這種廢水排入水體中，會(huì)嚴(yán)重影響水的質(zhì)量，對(duì)環(huán)境造成污染。含銅廢水的主要處理方法有化學(xué)沉淀法、吸附法、離子交換法、電解法等[1-9]，其中吸附法操作簡(jiǎn)單，成本低，在污水領(lǐng)域應(yīng)用較廣，常用的吸附劑有活性炭、沸石、粘土礦物等。牡蠣殼的主要成分是碳酸鈣，約占全殼質(zhì)量成分的88.59%～99.20%[10]。牡蠣殼具有特殊的物理結(jié)構(gòu)，可分為角質(zhì)層、棱柱層和珍珠層三層，經(jīng)過處理可產(chǎn)生許多不同功能的孔穴結(jié)構(gòu)。牡蠣殼能有效減少水體中多種污染物的含量，在水質(zhì)改良領(lǐng)域具有良好的前景[11]。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)牡蠣殼吸附Cu2+的研究甚少，本文以牡蠣殼為原料，采用火焰原子吸收光譜法測(cè)定Cu2+濃度，研究牡蠣殼粉對(duì)Cu2+的吸附性能，并進(jìn)一步了解牡蠣殼粉對(duì)Cu2+的吸附機(jī)理，旨在為廢棄牡蠣殼的有效開發(fā)利用及制備水質(zhì)改良劑提供基礎(chǔ)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

(1)原料與試劑

牡蠣殼粉樣品取自欽州市鴻發(fā)市場(chǎng)的海鮮攤位丟棄的牡蠣殼。用刷子將其表面的附著物刷掉，洗凈，在110 ℃下烘干，經(jīng)粉碎機(jī)粉碎后過60目篩子，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

試劑：五水硫酸銅(AR)，硝酸(AR/GR)，氫氧化鈉(AR)，銅標(biāo)液(1000 mg/L)。

(2)主要儀器：AA-1700原子吸收分光光度計(jì)，浙江福立分析儀器有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海龍躍儀器設(shè)備有限公司；中藥粉碎機(jī)，AUY120電子分析天平，日本島津；HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋，國(guó)華電器有限公司；PHS-3C型pH計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.2 牡蠣殼粉對(duì)Cu2+的吸附實(shí)驗(yàn)

稱取一定量的牡蠣殼粉，加到含Cu2+的廢液中，靜置吸附一定的時(shí)間后，過濾，取濾液測(cè)定其中Cu2+的殘留濃度。計(jì)算牡蠣殼粉對(duì)Cu2+的吸附率和吸附量：

(1)

(2)

式中：r——去除率，%c0——吸附前Cu2+的初始濃度，mg/Lc——吸附后Cu2+的濃度，mg/Lq——牡蠣殼粉對(duì)Cu2+的吸附量，mg/gV——溶液的體積，Lm——牡蠣殼粉的質(zhì)量，g

2 結(jié)果與討論

2.1 初始pH值對(duì)Cu2+吸附的影響

室溫下，將100 mL 100 mg/L Cu2+溶液用1 mol/L的HNO3和NaOH調(diào)節(jié)至不同的pH值，加入1 g牡蠣殼粉，靜置吸附5 h，考察不同pH對(duì)吸附效果的影響，結(jié)果如圖1所示。隨著pH值升高，牡蠣殼粉對(duì)Cu2+的吸附率增大。牡蠣殼粉對(duì)pH值低于3.5的含銅液去除效果不是很好，因?yàn)槟迪牃し鄣闹饕煞质荂aCO3，當(dāng)pH值較低時(shí)，CaCO3與H+發(fā)生反應(yīng)，使CaCO3的含量減少，從而降低了牡蠣殼粉的比表面積，使得吸附量降低，且濃度較高的H+會(huì)和Cu2+存在競(jìng)爭(zhēng)吸附[12]；隨著pH值的升高，牡蠣殼粉表面會(huì)帶有更多的負(fù)電荷，有利于吸附帶正電荷的Cu2+，當(dāng)溶液的pH值大于Cu2+的理想臨界pH值時(shí)，還會(huì)有沉淀產(chǎn)生。100 mL 100 mg/L Cu2+溶液的pH值在4.5左右，所以后面的實(shí)驗(yàn)不需要調(diào)節(jié)溶液的pH值。

圖1 pH值對(duì)吸附率的影響

2.2 牡蠣殼粉用量對(duì)Cu2+吸附的影響

在室溫下，將不同質(zhì)量的牡蠣殼粉加入到100 mL 100 mg/L Cu2+溶液中，靜置吸附5 h，考察牡蠣殼粉用量對(duì)吸附效果的影響，結(jié)果如圖2所示。隨著牡蠣殼粉用量的增加，牡蠣殼粉對(duì)Cu2+的去除率呈現(xiàn)先增加后趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)，而吸附量則呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。當(dāng)吸附劑用量大于50 g/L時(shí)，Cu2+的去除率達(dá)到90%以上，但Cu2+的吸附量卻很低。吸附劑的用量可以直接影響水質(zhì)的處理效果及成本，在實(shí)際應(yīng)用中是一個(gè)重要的指標(biāo)。綜合考慮Cu2+吸附量和去除率，后面的實(shí)驗(yàn)采用牡蠣殼粉的添加量為10 g/L。

圖2 牡蠣殼粉用量對(duì)吸附效果的影響

2.3 Cu2+初始濃度對(duì)Cu2+吸附的影響

室溫下，將1 g牡蠣殼粉加入到100 mL不同濃度的Cu2+溶液中，靜置吸附5 h，考察Cu2+初始濃度對(duì)吸附效果的影響，結(jié)果見圖3。隨著溶液中Cu2+質(zhì)量濃度的增加，牡蠣殼粉對(duì)Cu2+去除率略有下降，減少的幅度不是很大，說明牡蠣殼粉對(duì)Cu2+的吸附在小于200 mg/L的濃度范圍內(nèi)效果還是不錯(cuò)的。吸附量隨Cu2+濃度的增加上升的幅度較大，這是由于吸附劑表面活性位點(diǎn)會(huì)隨著濃度的增大而逐漸被占據(jù)直至達(dá)到吸附平衡，因此吸附量會(huì)相應(yīng)增大。從圖3的走勢(shì)可以看出，牡蠣殼粉并未達(dá)到吸附飽和，如果繼續(xù)增大Cu2+的初始質(zhì)量濃度，其吸附量還會(huì)繼續(xù)增加，由此可見牡蠣殼粉對(duì)廢水中的Cu2+有較好的吸附效果。

圖3 Cu2+初始濃度對(duì)吸附效果的影響

2.4 溫度對(duì)Cu2+吸附的影響

將1 g牡蠣殼粉加入到100 mL 100 mg/L Cu2+溶液中，在不同的溫度下靜置吸附5 h，考察不同溫度對(duì)吸附效果的影響，結(jié)果見圖4。在30～70℃的溫度范圍內(nèi)，牡蠣殼粉對(duì)Cu2+的去除率呈現(xiàn)先增大后趨于平衡的趨勢(shì)，說明溫度對(duì)牡蠣殼粉吸附Cu2+有一定的影響。但影響不是很明顯，考慮到吸附的成本，所以取常溫下吸附即可。

圖4 溫度對(duì)吸附率的影響

2.5 吸附時(shí)間對(duì)Cu2+吸附的影響

室溫下，將1 g牡蠣殼粉加入到100 mL 100 mg/L Cu2+溶液中，靜置吸附不同的時(shí)間，考察吸附時(shí)間對(duì)吸附效果的影響，結(jié)果如圖5所示。在吸附作用的前5 h內(nèi)，牡蠣殼粉對(duì)Cu2+的吸附速率較快，表現(xiàn)為吸附率有比較明顯的增加，隨后吸附趨于緩慢，8 h后基本趨于平衡，Cu2+的吸附率達(dá)到96%以上，吸附量達(dá)9.6～9.8 mg/g。出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因可能是在5 h之前，吸附作用主要體現(xiàn)為溶液中的Cu2+由液相轉(zhuǎn)移到固體吸附劑表面，速度較快，而5 h之后的吸附則是Cu2+在吸附劑孔隙中的擴(kuò)散，速度慢[13]。吸附時(shí)間是影響牡蠣殼粉吸附Cu2+的一個(gè)重要因素，吸附時(shí)間過短會(huì)影響Cu2+的去除率，過長(zhǎng)會(huì)影響經(jīng)濟(jì)效益，故選用適當(dāng)?shù)奈綍r(shí)間是非常必要的。

圖5 吸附時(shí)間對(duì)吸附效果的影響

3 結(jié) 論

(1)牡蠣殼粉用量、初始濃度、pH值、吸附時(shí)間均對(duì)牡蠣殼粉吸附Cu2+有較大的影響。

(2)牡蠣殼粉對(duì)Cu2+的吸附量大，適用的Cu2+濃度范圍廣。吸附平衡時(shí)間為8 h，牡蠣殼粉用量為10 g/L時(shí)其對(duì)100 mg/L Cu2+廢液的吸附率達(dá)96%，吸附量為9.6 mg/g。

(3)采用牡蠣殼粉吸附含Cu2+的廢水，具有設(shè)備簡(jiǎn)單，處理效果較好的優(yōu)點(diǎn)。這種以廢治廢的方法，即保護(hù)了環(huán)境又有效的利用了資源，但是牡蠣殼對(duì)Cu2+吸附機(jī)理還有待進(jìn)一步的研究。

[1] 呂游,劉樹根,謝容生,等.煤基活性炭的改性及其對(duì)含銅廢水的吸附性能[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2016,10(01):157-162.

[2] 陳川,周元祥,范晨晨,等.微電解法處理化學(xué)鍍銅廢水[J].電鍍與涂飾,2016,35(03):159-163.

[3] 黃曉丹,薛美香,李先學(xué).活性炭/粉煤灰處理含銅廢水的研究[J].應(yīng)用化工,2015,44(06):995-999.

[4] 姜承志,李飛飛,佟星.乳狀液膜法處理含銅廢水的實(shí)驗(yàn)研究[J].沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)報(bào),2015,34(03):53-57.

[5] 熊英禹,付忠田,黃戊生.化學(xué)沉淀法處理模擬含銅廢水的研究[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué),2014,40(02):35-38.

[6] 成四喜,黃錚錚,雷筱娛,等.離子交換樹脂法處理含銅廢水的研究進(jìn)展[J].化工環(huán)保,2014,34(03):230-234.

[7] 孫斌,呂文英,劉國(guó)光,等. TiO2光催化處理絡(luò)合銅廢水的實(shí)驗(yàn)研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2012,6(02):393-397.

[8] 尹麗,郭琳,查紅平,等.化學(xué)沉淀法處理線路板廠絡(luò)合銅廢水實(shí)驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2011,34(09):149-151,169.

[9] 王海陽(yáng),戴友芝,袁艷偉,等.三價(jià)鐵鹽沉淀-Fenton聯(lián)合工藝處理HEDP預(yù)鍍銅廢水[J].水處理技術(shù),2011,37(10):96-99.

[10]張璽,樓子康.牡蠣[M].北京:科學(xué)出版社,1959:18-19.

[11]林榮曉,蘇永昌,劉淑集,等.牡蠣殼在水質(zhì)改良中的應(yīng)用[J].福建水產(chǎn),2012,34(05):428-431.

[12]林榮曉,蘇永昌,楊妙峰,等.牡蠣殼粉對(duì)水體中低濃度重金屬離子的吸附性能研究[J].福建水產(chǎn),2013,35(03):193-202.

[13]Mingliang Zhang. Adsorption study of Pb(Ⅱ), Cu(Ⅱ) and Zn(Ⅱ) from simulated acid mine drainage using dairy manure compost[J]. Chemical Engineering Journal, 2011, 172(1): 361-368.

Adsorption Property of Oyster Shell Powder to Cu2+*

DENGQin,LULai-xian,ZHANGRui-rui

(College of Petroleum and Chemical Engineering, Qinzhou University, Guangxi Qinzhou 535000, China)

Adsorption characteristic of copper ion on oyster shell powder was studied and the influence of pH value, different adding amount, initial concentration of solution, temperature and adsorption time was discussed by single factor experiments. The result showed that oyster shell powder had good adsorption efficiency of copper ion, the adsorption rate increased gradually with the increase of adsorbent dosage, pH, temperature and adsorption time. The adsorption equilibrium of oyster shell powder for copper ion was 8 h,10 g/L of oyster shell powder could remove 96% of copper ion from waste water with 100 mg/L of copper ion and unit adsorption capacity of oyster shell powder was 9.6 mg/g.

oyster shell powder; adsorption; copper ion

廣西高校科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(NO：LX2014451)。

鄧勤(1983-)，女，碩士，講師，研究方向?yàn)楣腆w廢棄物回收與資源化利用。

X714

A

1001-9677(2016)023-0063-03