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利用动物骨骼和尼罗河玫瑰作为天然吸附剂去除工业废液中部分重金属的化学研究

*通信:

Abou-Mesalam毫米、原子能源权威，热实验室。中心,埃及,电话:22876033 22875924;传真:22876031;电子邮件: (电子邮件保护)

摘要

采用不同类型的天然吸附剂，如骆驼骨、牛骨、羊骨、尼罗玫瑰等，对重金属中Pb2+、Mn2+、Ni2+、Cu2+等有毒重金属离子进行了吸附浪费化工工厂采用批量生产技术生产的水。利用不同的分析工具，如x射线荧光光谱仪和x射线衍射光谱仪对天然吸附剂进行了表征。研究了接触时间、介质pH值和金属阳离子浓度等因素对毒性阳离子滞留过程的影响。LD乐动体育官网结果表明，Cu2+、Mn2+、Ni2+和Pb2+离子的Kd值随溶液pH从1.0到5.0的增加而增加，选择性顺序不同;Pb2 + > Ni2 + > Mn2 + > Cu2 +。等温线数据表明，所研究的阳离子均物理吸附在动物骨骼和尼罗玫瑰植物吸附剂上，吸附剂表面为非均相类型。最后对所得结果进行柱色谱分析。

关键字

删除;重金属;工业废水;动物的骨头;尼罗河的玫瑰;自然吸着剂

简介

鉴于对增加的预期环境污染对于铅、铜、镁和镍等有毒重金属，需要寻找树脂、无机离子交换和天然吸附剂等选择性材料来提取这些金属，因为一些试验被认为是有希望的。常用的重金属一词是指密度大于某一数值的金属，通常为5克/厘米^3.或者6g /cm^3.．天然吸附剂有兴趣用于环境修复[1-7]，因为它们容量大[8-10］．活性炭是世界上最受欢迎和应用最广泛的废水处理吸附剂，但活性炭高昂的价格和再生成本限制了其在去除无机和有机污染物方面的大规模应用，并鼓励研究人员寻找低成本吸附材料。最近，利用天然材料或工业或农业生产的废物吸附有害离子已成为发展经济和生态友好型废水处理工艺的一种选择。到目前为止，研究了许多低成本的吸附剂来去除水中和废水中的一些有毒离子。虽然干燥的植物和动物骨骼在环境中非常便宜，可大规模使用，可作为天然吸附剂，但对一些吸附剂进行了研究和提及。

本文利用不同种类的动物骨骼和尼罗玫瑰植物对其进行净化浪费化学工业用水的一些重金属如铅，铜，镁和镍的批处理和柱技术。研究了接LD乐动体育官网触时间、氢离子浓度和金属阳离子浓度。并对容量吸附等温线进行了评价。

实验

材料和试剂

所有使用的材料和化学试剂均为分析级，无需进一步纯化。尼罗河玫瑰是从工业区周围的河流中采集的，不同的动物骨骼样本是从肉铺中采集的。

天然吸附剂的处理

本工作中使用的天然吸附剂是不同类型的动物骨骼，如骆驼骨、牛骨、羊骨和天然植物，如尼罗河玫瑰植物。先用蒸馏水清洗不同类型的骨头(骆驼、牛、羊)，在马弗炉中600℃~ 950℃不同加热温度下点火2小时，再用蒸馏水研磨清洗，最后在烘箱中60℃烘干。对尼罗玫瑰植株进行清洗、切割、60℃烘干2天。

天然吸附剂的组成

天然吸附剂成分的化学计量学测定使用飞利浦序贯x射线光谱仪2400。固体样品被研磨成非常细的粉末，然后与聚甲基丙烯酸乙烯酯作为粘结剂混合，以方便压制过程。混合物在直径40毫米的铝杯样品夹中被压制，并在压制机上以20 psi的压力压制，以产生直径40毫米和厚度50毫米的样品。采用Super-Q定量应用程序测定天然吸附剂主要成分的浓度。

吸附研究

平衡时间:等量的吸附剂与含有50mg /l Cu的搅拌金属阳离子溶液混合^{2 +}、锰^{2 +}、镍^{2 +}和铅^{2 +}在一定的间隔时间内，过滤去除固体，用原子吸收光谱仪测定滤液中的阳离子含量。

批系数的影响:将等量的吸附剂与不同体积的铜混合^{2 +}、锰^{2 +}、镍^{2 +}和铅^{2 +}在25±1°C下，用恒定金属阳离子浓度(50 mg/l)的离子浸泡3小时。3 h后滤除固体，用原子吸收光谱仪测定滤液中的阳离子含量。

不同pH下的批量吸附研究:研究了pH值对Cu分布系数Kd的影响^{2 +}、锰^{2 +}、镍^{2 +}和铅^{2 +}将0.1 g天然吸附剂添加到10 ml (50 mg/l)中，研究了天然吸附剂上的离子。将溶液的pH值调整到1.0 ~ 5.0范围内^{2 +}、镍^{2 +}、铅^{2 +}除Mn外的离子^{2 +}在pH大于1.5时发生沉淀。交换体系在25±1°C的恒温振动筛中摇3小时(达到平衡的时间)和Ni的金属阳离子浓度^{2 +}、锰^{2 +}、铅^{2 +}和铜^{2 +}在研究期结束时，用原子吸收光谱仪测定离子。测定了溶液的初始pH值和最终pH值。分布系数由下式计算:

K_d=(一_o/A .V/mml/g (1)

在那里,一个_oA分别为溶液中金属阳离子的初始浓度和最终浓度，V为溶液体积，m为天然吸附剂的质量。

吸收容量测量

天然吸附剂对铜等重金属的吸附能力^{2 +}、锰^{2 +}、镍^{2 +}和铅^{2 +}离子(50 mg/l)采用批处理技术进行，批处理因子V/m分别为动物骨骼和尼罗河玫瑰植物的100 ml/g和200 ml/g。实验在调温25±1°C的摇床水恒温器中进行。3小时后，有足够的时间达到平衡;采用离心分离法分离液相，用原子吸收光谱仪分析残渣金属离子浓度。容量单位为mmol/g，计算公式如下:

容量=(%摄取/100)。有限公司V / mmg / g (2)

其中C_o为溶液中离子的初始浓度，mg/l, V为溶液体积(l)， m为吸附剂质量(mg)。

吸附等温线

Cu的吸附等温线^{2 +}、锰^{2 +}、镍^{2 +}和铅^{2 +}离子在整个金属离子浓度范围内测定⁴到5 × 10^－2恒定v/ M比为100 ml/g。3小时后(足够达到平衡的时间)分离溶液，分析或测定金属离子的残留浓度。平衡浓度(C_情商)和吸收量(W)用下列关系式计算:

W / m = C_ox(摄取%/100)× V/m mmol/g (3)

C_情商= C_oX[1-(摄取/100)](4)

其中W是金属离子的吸附量，C_o为金属离子的初始浓度(mol/g)， V为溶液体积(ml)， m为树脂的重量(g)， C_情商是平衡浓度。C图_情商C/W和C_情商对C/W进行测量，以获得所需的等温线。

列技术

填充0.5 g天然吸附剂，制得层高5 cm，内径1.2 cm的色谱柱。模拟浪费允许金属离子浓度为50 mg/l的水以1 ml/min的流速通过天然吸附剂渗透，收集和分析等量的出水，以测定出水中的金属离子浓度。C/C图_o突破容量(BTC)可根据以下关系计算:

BTC = (V_50％xC_o) / mmg / g (5)

在那里,V_50％平均突破值是否表示在C/C_o=50% (ml)， C_o为出水金属离子的初始浓度(mg/l)， m为天然吸附剂的重量(g)。

结果，讨论和结论

这项工作的范围是试图找到一种合适的天然吸附剂，以去除一些有害的重金属，如镍^{2 +}、锰^{2 +}、铜^{2 +}和铅^{2 +}从化学工业工厂生产。在这项工作中，我们使用了不同类型的骨头，如骆驼、牛和羊的骨头，以及一些植物，如尼罗河玫瑰。采用x射线荧光技术对天然吸附剂进行了元素分析。样品被研磨成非常细的粉末，并压入直径40毫米、厚度5毫米的样品夹中。测量依据Semi-Q应用程序进行。骆驼、牛、羊和尼罗玫瑰的总成分浓度分别为5.1%、5.1%、5.0%和9.8%，归一化后为100.00%，列于表中表1．从所获得的数据中，我们发现骆驼骨中钙离子和磷离子的浓度高于牛和羊骨低在尼罗玫瑰植株中的浓度。骆驼骨中硅离子和铝离子浓度较低，而尼罗河玫瑰中硅离子和铝离子浓度较高。研究了动物骨骼对阳离子摄取百分比的点火效应，以寻找适合动物骨骼的热处理方法。为简洁起见，讨论了点火对Ni吸收百分比的影响^{2 +}进行的过程如图所示图1．数据表明，Ni的吸收%^{2 +}离子随着着火温度从600°C增加到950°C而增加。在所有进一步的实验中，骨均在950°C下处理。

表1:番荔枝叶氯仿提取物的植物化学成分。

铜吸附的初步研究^{2 +}、锰^{2 +}、镍^{2 +}和铅^{2 +}对骆驼、牛、羊骨骼和尼罗河玫瑰植物的离子进行了研究图2在25°C±1°C调温器中，平衡时间可在3 h内达到。这段时间被用于所有进一步的吸附实验。

研究了溶液离子体积对天然吸附剂定量重量(批量因子)的影响，探讨了骆驼、牛、羊骨和尼罗河玫瑰植物离子最大吸收的适宜比例。在本研究中，研究了批次因素对锰摄取百分比的影响^{2 +}为了简洁起见，以Ion为例。试验结果表明，批处理因子对锰的吸收有负向影响^{2 +}离子在骆驼、牛和羊骨骼上的影响以及对锰摄取百分比的比例影响^{2 +}离子在尼罗河玫瑰植物。批处理因子与Mn用量成正比关系^{2 +}尼罗河玫瑰植株上的离子可能是由于非常低尼罗玫瑰植物的密度和高表面积，导致吸附剂的暴露表面积与溶液的高接触可能是由于离子的吸收增加。LD乐动体育官网

研究了pH值对Cu吸收系数和分配系数的影响^{2 +}、锰^{2 +}、镍^{2 +}和铅^{2 +}对骆驼、牛、羊骨骼和尼罗河玫瑰植物的离子进行了研究图3和4．如图3很明显，由于介质的pH值与Cu的摄取百分比成正比^{2 +}、锰^{2 +}、镍^{2 +}和铅^{2 +}骆驼、牛、羊骨头和尼罗河玫瑰植物上的离子。这种行为可能是由于与阳离子使用的天然吸附剂的阳离子交换特性。Cu的Kd值^{2 +}、锰^{2 +}、镍^{2 +}和铅^{2 +}在溶液中阳离子浓度恒定的情况下，骆驼、牛、羊骨骼和尼罗河玫瑰植物上的离子随溶液pH值的变化图4．该图表明，Cu的Kd值^{2 +}、锰^{2 +}、镍^{2 +}和铅^{2 +}离子随着溶液pH值从1.0增加到5.0而增加。这种现象可能是由于H⁺在较低的pH值下，在进料溶液中添加铜离子，从而使所研究的元素Cu得以保留^{2 +}、锰^{2 +}、镍^{2 +}和铅^{2 +}随着pH值的增加，溶液中的离子减少⁺进料溶液中离子含量降低，交换机会增加，导致Cu的Kd值增加^{2 +}、锰^{2 +}、镍^{2 +}和铅^{2 +}离子对动物骨骼和尼罗河玫瑰的影响程度不同。

图4还普遍表明，所研究阳离子对所使用的天然吸附剂的选择性顺序为:

Pb^{2 +}>倪^{2 +}>锰^{2 +}>铜^{2 +}．log K之间的非线性关系_dpH值观察结果如下所示:

当简单离子交换通过以下反应进行时:

在充分稀释的溶液中，活度系数可以忽略不计，选择性系数可由下式定义[11]：

(7）

在哪里和表示M的浓度^{n +}和H⁺离子在交换器中，分别和[M^{n +}[答案]⁺是它们在溶液中的浓度。因为K_d为交换器内金属离子浓度与溶液中金属离子浓度之比，则

（8）

（9)

对两边取对数，

（10）

当和[M^{n +}) < < H⁺]，大小K^{毫克ydF4y2Ba}_H[H⁺］ⁿ认为是常数，则式(10)可以约简

日志K_d= C +一组（11）

这意味着，logkd与pH值的关系应该是斜率为n的线性关系。图4显示了Cu的Kd值的依赖性^{2 +}、锰^{2 +}、镍^{2 +}和铅^{2 +}离子对骆驼、牛、羊骨和尼罗玫瑰溶液pH值的影响呈非线性关系，改善了交换反应的非理想性。非理想的结果可能是由于除了离子交换机制之外，还存在其他机制，如吸附和金属离子与天然吸附剂之间形成共价键，这可能与阳离子的离子势有关。从图4我们发现动物骨骼对铜有很高的选择性^{2 +}、锰^{2 +}、镍^{2 +}和铅^{2 +}与尼罗玫瑰的离子选择性序列比较;牛骨>骆驼骨>羊骨>尼罗河玫瑰。

对铜的吸附性能进行了研究^{2 +}、锰^{2 +}、镍^{2 +}和铅^{2 +}在骆驼、牛、羊骨骼和尼罗河玫瑰植物上的离子含量为表2．数据显示在表2结果表明，动物骨骼对铜的吸收效率较高^{2 +}、锰^{2 +}、镍^{2 +}和铅^{2 +}比尼罗玫瑰植物的钙含量高，这可能是由于骨骼的钙含量高于尼罗玫瑰植物(表1)，可作为交换活性位点。表2结果表明，所研究阳离子的选择性顺序为Pb^{2 +}>锰^{2 +}>倪^{2 +}>铜^{2 +}牛和羊的骨头和锰^{2 +}>铅^{2 +}>倪^{2 +}>铜^{2 +}为骆驼和尼罗河玫瑰。这种选择性序列与这些阳离子的原子半径一致，这意味着吸附过程是在脱水状态下进行的[10］．Abou-Mesalam等人对Ni的吸附也得到了类似的结果^{2 +}、锌^{2 +}、Cd^{2 +}和铜^{2 +}SiTi和SiSb上的离子作为无机离子交换材料[11］．

表2:骆驼、牛、羊骨头和尼罗河玫瑰对铜的吸收能力^{2 +}、锰^{2 +}、镍^{2 +}和铅^{2 +}离子在25±1°C。

Mn吸附过程的性质^{2 +}、铅^{2 +}、镍^{2 +}和铜^{2 +}通过逐渐增加山梨酸盐浓度来研究不同吸附剂上的离子，并测量在每个平衡浓度下的吸附量。Freundlich等温线是最广泛使用的数学模型，给出了一个包含活性位点及其能量的表面异质性和指数分布的经验表达式，测试形式如下:

log W/m=K + K' log C_情商．（12）

式中，W为吸收量，

C_情商．是平衡浓度，

K和K'分别是衡量吸附剂吸附强度和吸附容量的Freundlich常数，由斜率和截距的线性关系计算得出。

为了简洁起见，Cu^{2 +}ion被报道为log W/m与log C的图的一个例子_情商．图5显示了线性的关系吸附Cu^{2 +}离子在所有不同的天然吸附剂上使用。数据图5表明Freundlich等温线对Cu的适用性^{2 +}离子，是物理吸附在动物骨骼和尼罗河玫瑰植物吸附剂。研究了铜的吸附容量(K)和吸附强度(K’)^{2 +}根据线性计算骨离子和玫瑰离子的关系在图5(K'<1)的数值表明吸附剂表面为非均相型[12］．(K’)的数值只在较低的平衡浓度下才会降低。Freundlich吸附等温线不能预测固体表面的任何饱和度，因此在数学上设想了无限的表面覆盖。类似的结果也报道了吸附锌^{2 +}、铜^{2 +}、Cd^{2 +}和倪^{2 +}用硅钛酸离子交换剂浸渍聚丙烯酰胺丙烯酸上的离子[13]和UO₂^{2 +}和Th^{4 +}锑酸钛上的离子[14］．

采用固体床柱研究了几种有毒元素(Mn^{2 +}、铅^{2 +}、镍^{2 +}和铜^{2 +})。根据间歇分布数据，分别在pH为3.0的骨柱床和尼罗玫瑰柱床上对Pb进行了吸附^{2 +}、镍^{2 +}和铜^{2 +}Mn的pH值为1.4^{2 +}离子。此外，对不同阳离子的吸附也不同浪费当使用骨头而不是尼罗河玫瑰时，溶液明显改善。图6为每个Mn的突破曲线^{2 +}、铅^{2 +}、镍^{2 +}和铜^{2 +}牛、骆驼、羊骨骼和尼罗河玫瑰植物柱上的离子。根据这些数字，计算了这些阳离子在不同骨和玫瑰上的穿透能力，得出了它们在不同骨和玫瑰上的选择性顺序;Pb^{2 +}(13.94毫克/米)>锰^{2 +}(8.77毫克/克)>倪^{2 +}(11.18毫克/克)>铜^{2 +}(2.72 mg/g)用于牛骨，Mn^{2 +}(21.93毫克/克)>倪^{2 +}(13.97毫克/克)> Pb^{2 +}(5.58毫克/克)>铜^{2 +}(骆驼骨1.36 mg/g);锰^{2 +}(39.45毫克/克)>倪^{2 +}(16.77毫克/克)> Pb^{2 +}(13.94毫克/克)>铜^{2 +}羊骨(2.72 mg/g);和锰^{2 +}(48.23毫克/克)> Pb^{2 +}(25.09毫克/克)>倪^{2 +}(13.97毫克/克)>铜^{2 +}(3.06毫克/克)。数据图6这些阳离子在尼罗河玫瑰植物柱上由于缓慢的动态平衡而出现突破尾砂。当考虑饲料溶液中金属离子的离子电荷时，每克吸附剂对其中任何一种金属离子的吸附量范围为牛骨2.72 mg/g ~ 13.94 mg/g，骆驼骨1.36 mg/g ~ 21.93 mg/g，羊骨2.72 mg/g ~ 39.45 mg/g，最后是尼罗河玫瑰3.06 mg/g ~ 48.23 mg/g。

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