果皮吸附重金屬離子的現象、機理和應用.pdf

1、重金屬水污染是我國當前面臨的一個重要的環(huán)境問題。隨著近年來我國工業(yè)的迅速發(fā)展，在收獲巨大的經濟效益的同時，也對我們賴以生存的自然和生活環(huán)境帶來了諸多負面影響。如今，各類環(huán)境污染問題已經越來越受到人們的重視。典型的重金屬污染物包括鎘、鉛、汞、砷、鉻等，這些重金屬元素大多是有毒有害物質，并且可在生物體內富集。諸如采礦、冶煉、電鍍和金屬加工等行業(yè)都會產生大量的含有重金屬污染物的廢水，這些工業(yè)廢水如果處理不當排入自然水體，將會對整個生態(tài)系統(tǒng)以及

2、人類健康帶來巨大威脅。因此，預防和治理重金屬水污染是保護生態(tài)環(huán)境和人類自身的一項嚴峻而緊迫的工作。
　　生物吸附法是處理重金屬污染相關研究中的一個重要方法。與其他方法相比，生物吸附法最大的優(yōu)點是綠色安全，吸附劑來自于天然生物材料，既不會產生難以處理的污泥，也不會向自然水體內引入任何潛在的有害物質，具有良好的環(huán)境親和力，同時又有來源廣泛、成本低廉等特點。在生物吸附材料中，農林廢棄物是重要的一類，本研究以一類常見的農林廢棄物——果皮作

3、為吸附材料來進行重金屬污染物處理的實驗。
　　通過批量吸附實驗，對比柚子、桔子、石榴、香蕉和山竹這5種水果的果皮對Cd2+、Ni2+、Cr6+、Cu2+和Zn2+共5類重金屬離子的吸附能力，并描述了吸附等溫線，結果表明果皮吸附重金屬離子的等溫線符合Langmuir型。通過Langmuir方程我們計算了每個吸附組合的最大吸附量，不同種類的果皮對同種金屬離子的吸附能力為：柚子皮，桔子皮>石榴皮，山竹皮>香蕉皮；同種果皮對不同重金屬離子

4、的吸附能力為：Cd2+>Ni2+, Zn2+, Cu2+>Cr6+。柚子皮和桔子皮對Cd2+的最大吸附量分別為21.32和21.83mg/g。
　　對比最大摩爾吸附量后發(fā)現，除了以陰離子存在的六價鉻以外，同一種果皮對不同離子吸附的最大摩爾吸附量是非常接近的，這說明對于同一種果皮材料，其單位表面積上與金屬離子的結合的點位幾乎是固定的，因此不論對于哪一種二價金屬陽離子，其吸附的物質的量幾乎是相同的。在成分分析的實驗中，我們選擇批量吸附

5、中表現較好的柚子皮為對象。將柚子皮經石油醚、乙酸乙酯、正丁醇、乙醇和熱水進行梯度洗脫處理，并將每一步處理得到的吸附劑用于吸附鎘離子，結果顯示，每一步的洗脫處理都使材料的吸附能力增強了，而經全步驟處理與未處理的果皮材料相比，對鎘離子的最大吸附量從21.32mg/g增加到了52.01mg/g。說明果皮成分中的脂類和可溶性多糖和其他小分子化合物等可溶和易水解物質對吸附作用的貢獻不大，起主要吸附作用的物質是以纖維素為主的不溶于水的天然高分子物質

6、。
　　吸附反應最適條件的確定對于吸附材料在處理重金屬的應用上是非常重要的。Plackett-Burman和中心組合設計（CCD）是化工生產和實驗中條件優(yōu)化的有效方法。本研究針對吸附反應中重要的6個因素，初始濃度、吸附劑用量、吸附劑顆粒直徑、溫度、pH和吸附時間進行分析。首先利用Plackett-Burman設計對這6個因素對去除率結果的顯著性進行分析，分析結果顯示溫度和吸附時間兩個因素不是顯著影響因素，初始濃度、吸附劑用量、吸附

7、劑顆粒直徑和pH和為顯著影響因素。對篩選出的4個顯著影響因子，我們對其進行了4因素5水平的CCD響應面設計，將多個因子對去除率結果的影響進行二次多元線性擬合。得到的最適吸附條件為離子初始濃度26.6mg/l，吸附劑用量5.44g/l，吸附劑粒徑90μm，pH值4.85，在此條件下的最大去除率為82.89％，并通過實驗對這一最適條件進行了驗證。
　　在果皮吸附劑處理電鍍廢水的應用實驗中，本研究使用改良的柚子皮吸附材料，對三種類型的模