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黑藻生物吸附剂吸附水体中重金属离子的研究

黄灵芝  
【摘要】:随着全球生态环境的恶化,各国日益重视对水体中各种污染物的治理。生物吸附技术是环境领域近年来迅速发展起来的处理工业污染废水的新技术,它以各种生物(菌类或藻类)吸附废水中的重金属离子,与传统的离子交换法和沉淀法相比,生物吸附法具有投资少,效率高,消耗少,并能有效的处理低浓度重金属离子废水等优点,是治理重金属污染水质的新途径。 藻类细胞壁中的多聚糖可提供吸附重金属的位点,廉价而资源丰富的藻类对多种重金属表现出很强的吸附能力。本文选用廉价易得的黑藻作为生物吸附剂,通过分批实验,研究了黑藻对水体中重金属离子Pb2+、Cd2+、Zn2+、Cu2+和Ni2+的吸附影响因子、吸附热力学、吸附动力学及吸附机理,吸附平衡用Langmiur、 Freundlich和D-R等温吸附模型进行拟合。 通过吸附影响因子实验发现,黑藻吸附Pb2+的最佳pH值为4.0,黑藻吸附Cd2+、Zn2+、Cu2+和Ni2+的最佳pH值为5.0。黑藻用量的最佳值为0.1g·(50mL)-1(2g/L),此时黑藻对Pb2+、Cd2+、Zn2+、Cu2+和Ni2+具有较高的吸附效率和吸附量。黑藻对Pb2+、Cd2+、Zn2+、Cu2+和Ni2+的吸附都为快速吸附过程,其中黑藻对Zn2+的吸附20min即基本达到平衡;黑藻对Pb2+、 Cu2+、Ni2+的吸附,在前30min随着时间的增加,吸附量很快增加,30min后吸附量基本稳定;黑藻对Cd2+的吸附,前60min内的吸附量为吸附总量的95%;实验中黑藻对Pb2+、Zn2+、Cu2+和Ni2+的吸附时间为60min,对Cd2+的吸附时间为120min。黑藻对Pb2+、Cd2+Zn2+、Cu2+和Ni2+的吸附都随着温度的升高而稍有降低。 实验结果表明,黑藻对Pb2+、Cd2+、Zn2+、Cu2+和Ni2+的吸附都符合Langmiur、 Freundlich和D-R等温吸附模型,其吸附能力依次为:Pb2+Cd2+Zn2+Cu2+Ni2+。黑藻吸附Pb2+、Cd2+、Zn2+、Cu2+和Ni2+的吸附自由能大小依次为Pb2+Cd2+Zn2+、Cu2+、Ni2,且都大于8kJ/mol,表明吸附过程为化学吸附。根据吸附热力学参数可知,黑藻吸附重金属离子过程自发进行程度依次为:Pb2+Cd2+Zn2+Cu2+Ni2+,且吸附过程都为放热过程。 黑藻对Pb2+、Cd2+、Zn2+、Cu2+和Ni2+的吸附动力学过程符合Pseudo二级动力学方程,由动力学常数k:可知,黑藻吸附重金属离子的吸附速率依次为:Zn2+、Ni2+Pb2+、Cu2+Cd2+ 通过ICP-AES比较黑藻吸附Pb2+、Cd2+、Zn2+、Cu2+和Ni2+前后的黑藻中主要元素浓度的变化,发现吸附后Pb、Cd、Zn、Cu、Ni增加,而K、Na、Mg减少,由此可知,在吸附过程中,发生了阳离子交换。通过SEM-EDX对黑藻吸附Pb2+、Cd2+、Zn2+、Cu2+和Ni2+前后进行能谱分析可知,在黑藻吸附Pb2+、Cd2+、Zn2+、Cu2+和Ni2+的生物吸附过程中,发生了阳离子交换吸附。比较黑藻吸附Pb2+、Cd2+、Zn2+、Cu2+和Ni2+前后的傅立叶红外变换光谱图,发现峰形基本不变,但羟基中C-O伸缩振动峰和硫酸基特征峰的波数向低波数明显移动,表明硫酸基和C-O参与了吸附过程。解吸实验表明,用EDTA可以对重金属离子进行回收。 实验表明黑藻是一种高效、经济适用的生物吸附材料,可用来吸附水体中的Pb2+、Cd2+、Zn2+、Cu2+和Ni2+。


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