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去除饮用水中铅的最佳吸附剂与条件

来源:原创论文网 添加时间:2019-11-05

  摘    要: 采用静态吸附实验,研究天然沸石、NaCl改性沸石、活性炭和凹凸棒土对水样中Pb2+的吸附效果,根据吸附效果的比较,得出较佳吸附剂;选用较佳吸附剂为吸附材料,研究其对水样中Pb2+的吸附作用。实验结果表明,NaCl改性沸石对Pb2+的吸附效果最好;其对Pb2+的最佳吸附条件是“吸附剂加入量2 g、震荡时间180 min、较佳pH值6.5”;在最佳吸附条件下,NaCl改性沸石对水样中Pb2+去除率高达96%,剩余浓度为0.008 mg/L,低于《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的标准。

  关键词: 铅; Pb<sup>2+</sup>; 吸附; NaCl改性沸石;

  Abstract: Experimental studies on adsorption effect of lead in water using natural zeolite, NaCl modified zeolite,modified zeolite, active carbon and attapulgite were conducted by the performances of static equilibrium adsorption.According to the comparison of the adsorption effect, it is found the better adsorbent. This topic choosed the better adsorbent as the adsorbent,and studied on its adsorption effect of Pb2+ in water samples. Experimental results show that NaCl modified zeolite had the best adsorption effect of Pb2+,and its optimum adsorption condition was that "the dosage of adsorbent is 2 g, the shock time is 180 min, the preferably pH value is 6.5". Under the optimum adsorption condition, the Pb2+ removal rate can up to 96% by NaCl modified zeolite, and the remaining concentration is 0.008 mg/L which belows the " the health standards of drinking water "(GB 5749-2006) standards.

  Keyword: lead; Pb<sup>2+</sup>; adsorption; NaCl modified zeolite;

  1、 引言

  目前,通过人们的切身体验以及各大媒体的宣传,环境污染以及饮用水污染已逐渐被人们所熟知,饮用水的质量问题成为现在急需解决的社会问题。人们饮用含铅超标的水不仅会引起贫血、神经机能失调和肾损伤[1,2]等病症,还可能会造成脑组织损伤、高血压等症,同时铅还会与其它重金属发生协同作用而使毒性增大。根据有关报道:与儿童健康有关的危害因素总共有13种,铅是其中的一种[3]。饮用水中铅的来源有很多,目前较为主要的来源有工业污染、农药与杀虫剂,另一主要来源为城镇自来水输水管网腐蚀造成的铅释放[4]。

  对于水中铅的去除,较常用的方法有沉淀法、离子交换法、吸附法、气浮法等[5,6],其中通过离子交换、吸附等作用吸附水中铅是最常用的方法之一。目前由于吸附法使用的吸附剂存在费用较高、处理效率低、再生困难、易造成二次污染等弊端,因此筛选出价格低廉、吸附效果好且适合饮用水中铅的去除的吸附剂成为目前亟需解决的问题。本研究选取4种具有潜在吸附特性的物理吸附剂,即是活性炭、沸石、改性沸石和凹凸棒土,采用静态吸附实验设计,选出去除饮用水中铅的较佳吸附剂,在此基础上确定最佳吸附条件,为饮用水中铅污染治理技术的改进提供科学依据。

  2、 实验部分

  2.1、 实验材料

  利用Pb(NO3)2配制Pb2 +的浓度为0.2 mg /L 的水样。
 

去除饮用水中铅的最佳吸附剂与条件
 

  2.2、 实验试剂

  主要试剂有:Pb(NO3)2,分析纯(配置成1 g/L 的储备液);96 %NaOH溶液,分析纯(配置成0.4 mol/L溶液);37%HCl溶液,分析纯(配置成0.4 mol/L溶液);氯化钠,分析纯;67 %硝酸,分析纯;AgNO3溶液,分析纯;颗粒状活性炭;天然沸石(粉末);凹凸棒土(粉末)。

  2.3、 实验仪器

  P270普通摇床(中国科学院武汉科学仪器厂);Z-5000 塞曼原子吸收分光光度计(HITACHI 日本日立公司); FUMAQYC200 恒温摇床(上海福玛试验设备有限公司);PHS-3C 型精密pH 计(上海雷礠仪器厂);101-2型电热鼓风干燥箱(江苏省东台县电器厂);KQ-700DE型数控超声仪(昆山市超声仪器有限公司)。

  2.4、 实验方法

  2.4.1、 NaCl 改性沸石的制作

  天然沸石采用NaCl 进行改性,改性方法为:称取50 g 的天然沸石放入500 mL、0.8 mol/L 的NaCl溶液中,在KQ-700DE型数控超声仪下改性40 min后取出,用去离子水洗净表面残留的NaCl 溶液,用AgNO3溶液检测直至无沉淀生成为止,在105 ℃下烘干,备用。

  2.4.2、 分析方法和吸附实验

  用1 g/L 的硝酸铅储备液配置浓度分别为0.03、0.06、0.09、0.12、0.15、0.18、0.20 mg /L 的硝酸铅标准系列,在283.3 nm 的波长下,用火焰原子吸收分光光度计测定吸光度,得标准曲线。

  取200 mL Pb2+ 浓度为0.2 mg /L的水样,加入250 mL锥形瓶内,再加入相应量的吸附剂,放入20 ℃、180 r /min的恒温摇床、反应相应时间,取出后用0. 45 μm 滤膜过滤后,在283.3 nm的吸收波长下,利用火焰原子吸收法测定Pb2+ 吸光度,从标准曲线上得出Pb2+的浓度。

  3、 实验结果与讨论

  3.1、 不同吸附剂对铅的吸附效果分析

  分别取200 mL Pb2+ 浓度为0.2 mg/L的水样于8个250 mL锥形瓶内,依次加入1 g和2 g的天然沸石、改性沸石、活性炭和凹凸棒土,按步骤2.4.2中所述方法进行分析,吸附效果如图1和图2所示。

  由图1和图2可知,4种吸附剂中改性沸石对Pb2+去除率最高,吸附效果最好,因此确定改性沸石作为最佳吸附剂。天然沸石经NaCl改性后,对铅的去除效率由68.7%提高到96%。原因是:天然沸石经NaCl 改性后,钠离子取代了其中的金属正离子,起到加大内扩散速度、减小沸石内孔位阻的作用,进而提高沸石与Pb2+之间的亲和力。可见,天然沸石采用NaCl改性方法可行。

  图1 不同吸附剂对铅的吸附效果(投加lg)
图1 不同吸附剂对铅的吸附效果(投加lg)

  图2 不同吸附剂对铅的吸附效果(投加2g)
图2 不同吸附剂对铅的吸附效果(投加2g)

  3.2、 改性沸石的用量对其吸附Pb2+的影响

  分别取200 mL Pb2+ 浓度为0.2 mg/L的水样于7个250 mL锥形瓶内,依次加入0.1、0.3、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g的改性沸石,放入恒温摇床反应180 min,按步骤2.4.2中所述方法进行分析,结果如图3所示。

  由图3可知,随着改性沸石用量的增加,水样中Pb2+ 的去除率逐渐增大,最高达到96.5%,继续增加改性沸石的用量,去除率基本不变。综合考虑到改性沸石吸附容量有限和去除率的变化,取改性沸石的最佳用量为2.0 g 。

  3.3、 震荡时间对改性沸石吸附Pb2+的影响

  取200 mL Pb2+ 浓度为0.2 mg /L的水样于250 mL锥形瓶内,加入2 g改性沸石,放入20 ℃、180 r/min的恒温摇床反应30、60、90、120、150、180、210 min取样,按步骤2.4.2中所述方法进行分析,结果如图4所示。

  由图4可知,Pb2+的去除率随着吸附时间增长而增大,当吸附时间为180 min 时,去除率达到96%;随着吸附时间继续增加,去除效果基本没有变化,因此确定最佳吸附时间为180 min。

  图3 改性沸石的用量对处理效果的影响
图3 改性沸石的用量对处理效果的影响

  图4 振荡时间对处理效果的影响
图4 振荡时间对处理效果的影响

  本次实验主要针对于饮用水水源的微污染水,为了能够有效反映水体微污染水的处理效果,故本次实验选取的Pb2 + 初始浓度0.2 mg/L较低,反应所需平衡时间相比于某些文献时间较长。

  3.4、 溶液pH对改性沸石吸附Pb2+的影响

  分别取200 mL Pb2+浓度为0.2 mg /L的水样于7个250 mL锥形瓶内,用0.4 mol/L 的HCl 和NaOH 溶液调节水样的pH值依次为2、3、4、5、6、7、8,均加入2 g改性沸石,放入恒温摇床反应180 min,按步骤2.4.2中所述方法进行分析,结果如图5所示。

  由图5可知,随着水样pH 值的升高Pb2+的去除率逐渐增大,在pH值为2~3时,改性沸石对铅的去除率低于60%。原因是在低pH 时,水样中大量的H+和Pb2+存在竞争关系,而此时溶液中H+的浓度梯度比Pb2+大很多。随着pH 值的升高,水样中铅的去除率明显的有所提高,在pH 为6.5时铅的去除率达到最大为96%。当pH值继续升高时,由于水样中生成了少量的Pb( OH)2沉淀,影响Pb2+ 的测定,因此铅去除率出现了轻微的下降,故反应的最佳pH 值为6.5。

  3.5、 水样初始浓度对改性沸石吸附Pb2+的影响

  分别取200 mL Pb2+浓度为0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg /L 的水样于6个250 mL锥形瓶内,均加入2 g改性沸石,放入恒温摇床反应180 min,按步骤2.4.2中所述方法进行分析,结果如图6所示。

  由图6可知,随着水样中Pb2+浓度的增大,Pb2+ 的去除率有下降的趋势,在浓度为0.2 mg/L时,Pb2+的去除率最大达到96%。

  图5 pH值对处理效果的影响
图5 pH值对处理效果的影响

  图6 水样初始浓度对处理效果的影响
图6 水样初始浓度对处理效果的影响

  4、 结语

  ⑴通过静态吸附实验,表明天然沸石、NaCl改性沸石、活性炭和凹凸棒土对水样中铅均有一定的吸附效果,其中NaCl改性沸石对Pb2+吸附效果最好。天然沸石经NaCl改性后,其对铅的去除效率由68.7%提高到96%,可见天然沸石采用NaCl改性方法有效。

  ⑵NaCl改性沸石对水样中Pb2+有较好的吸附作用,其最佳吸附时间为180 min,改性沸石最佳投加量为2.0 g。

  ⑶水样pH 值是影响吸附效果的一个重要因素,pH为6.5时改性沸石对Pb2+去除效果最好。

  ⑷水样中Pb2+初始浓度对吸附效果有较大影响,Pb2+浓度在0.2 mg /L时改性沸石对Pb2+吸附效率最高。

  ⑸处理200 mL Pb2+ 浓度为0.2 mg /L 的水样,需NaCl改性沸石2.0 g,吸附时间为180 min,去除率最高可达到96%,剩余浓度为0.008 mg /L,低于《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的标准。

  参考文献

  [1] 金贞淑,张卫华,赵晔,等.JP230型极谱分析法测定痕量铅的研究[J].光谱实验室,2002 (03):335-337.
  [2] 梁作光,胡建伟,陈学云.极谱法测定海水中的镉,铅含量[J].污染防治技术,2005(04):54-55.
  [3] 汪惠丽.铅对儿童健康的影响血铅检测及综合防治[J].全国铅污染监测与控制治理技术交流研讨会论文集.上海中国环境科学学会,2007,13(05):413-420.
  [4] 张存兰.饮用水中铅和镉的污染分析与研究[J].资源与环境-科技创新导报,2008(01):57.
  [5] 郭轶琼,宋丽.重金属废水污染及其治理技术进展[J].广州化工,2010,38(04):18-20.
  [6] 金娜,印万忠.铅的危害及国内外除铅的研究现状[J].有色矿冶,2006,22(03):114-116.

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