改性农药吸附剂去除废水中重金属的研究外文翻译资料

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改性农药吸附剂去除废水中重金属的研究

摘要

农业废弃物成本低，来源广，是一种高效的重金属吸附剂。农业废物中的官能团，如羰基、酚基、乙酰氨基、醇基、酰氨基、氨基和磺酰基等，对重金属离子具有亲和力，能够和金属离子形成金属络合物或螯合物。根据金属生物吸附的机理，可以利用农业废弃物去除废水中的重金属离子。生物吸附机理包括化学吸附、络合、表面吸附、孔隙扩散和离子交换等。这些重金属离子会对人类和生态系统造成难以弥补的伤害。经过改性的吸附剂，其吸附能力得到增强。吸附剂可以通过采用矿物、有机酸、碱、氧化剂等化学物质进行改性。本文的目的是比较不同吸附剂的去除效果。

1引言

废水中重金属来源于金属电镀工业、采矿作业、化肥工业、制革工业、电池工业、造纸工业、石油炼制工业、电镀工业、冶金工业、纺织工业、染料和农药的制造工业等。特别是在发展中国家，含有重金属的废水会通过直接或间接的方式被排放到环境中。排放废水中的重金属主要为铬(Cr)、镉(Cd)、铁(Fe)、镍(Ni)、硒(Se)、钒(V)、铜(Cu)、钴(Co)、汞(Hg)、铅(Pb)、锌(Zn)和砷(As)。去除重金属的常规处理技术有化学沉淀、离子交换、氧化、还原、反渗透、电渗析和超滤等。然而，它们有其固有的局限性，例如它们会产生大量的污泥、工作效率低、操作条件敏感和处理费用高。因此，吸附法是一种相对较新的工艺，正在成为去除重金属的一种潜在替代物。铬是废水中有毒重金属之一，其存在于Cr(III)和Cr(VI)两种稳定的氧化状态。即使在低浓度下，镉的存在也是非常有害的。镉可能导致肾脏退化、肌肉痉挛、睾丸萎缩和骨骼畸形。世界卫生组织已经为镉污水设定了最高限值为0.003 mg/L。镉来自天然源、人为源、采矿、工业加工和家庭残留物。铁是地壳中最丰富的金属之一。自然状态的铁以可溶形式存在于水中。铁通过采矿工业、钢铁工业等多种渠道进入水中。饮用水中有铁会产生水质变红，有气味等现象。它的主要问题包括味觉、视觉效果和堵塞。镍及其化合物是无味的。镍会导致癌症和失眠，嗅觉丧失。当镍超过了临界水平，除了产生肺纤维化和皮炎的问题外，它还可能带来严重的肺和肾脏问题。硒(Se)由于其对人体健康的必要性和高浓度的高毒性，因此是一种有趣的元素。然而，硒在地壳中的含量很低，并且通过自然和人为来源将其引入环境。过量的硒会刺激皮肤和眼睛，造成神经损伤和严重的畸形，肝硬化，肺水肿和死亡。此外，其毒性作用还可有致突变和致畸的作用。同样，其它重金属如钒、铜、钴、汞和铅等也会导致危害健康的问题。

2 实验研究

2.1 材料与方法

本研究中，通过将2.835 g K₂Cr₂O₇溶解在1000 mL去离子水中，制得含有1000 mg/L Cr (VI)原液，并且比较不同的吸附剂，如活性炭、蛋壳、焙烧蛋壳、氧化铝球、麦麸、改性麦麸，它们对铬的去除效果。用紫外分光光度计测定了1，5-二苯基碳酰脲、丙酮和5，7-二溴-8-羟基喹啉形成的红紫色复合物在最大波长540 nm处的吸光度。

2.2吸附剂的制备

蛋壳粉，煅烧蛋壳：从面包店收集蛋壳，然后用自来水彻底清洗，并在去离子水中冲洗数次并去除膜。将清洗后的蛋壳在70℃的烤箱中干燥12小时。最后将蛋壳粉碎成细粉。此外，通过在马弗炉中在700℃下煅烧蛋壳制得煅烧蛋壳。

麦麸和改性麦麸：麦麸是从面粉厂收集的，然后用自来水和去离子水冲洗几次，接着在70℃下干燥1小时，用研磨机粉碎。为提高麦麸对重金属的吸附能力，使用盐酸处理麦麸，将其变成改性麦麸。

3 结果与讨论

3.1吸附剂的表征

X射线衍射分析

制备的吸附剂的X-射线衍射图如图1所示。在自然和煅烧蛋壳的XRD图谱中，主峰出现在2theta;= 29.6°。此外，该光谱在2theta;=23.26°，39.61°，47.29°和47.73°处显示了几个峰。在麦麸的XRD图谱中，峰尖小，峰高小，表明麦麸呈无定形结构，盐酸处理后的麦麸XRD图谱显示，经盐酸处理后，麦麸变得更无定形。

Fig.1. (a)天然鸡蛋壳/煅烧蛋壳的XRD图谱 (b)麦麸/改性麦麸的XRD图谱

红外光谱分析

Fig.2.研究了天然蛋壳、煅烧蛋壳、麦麸和改性麦麸的红外光谱。在天然蛋壳中，残余废物的OH伸缩振动造成了在2863 cm^-1附近的宽透射带，碳酸盐的C=O键造成了在2920 cm^-1处的弱带。在1426 cm^-1处和875 cm^-1处的红外波段显示了碳酸钙的C – O伸缩和弯曲，同时712 cm^-1处的锐带代表一个Ca - O键。煅烧蛋壳中Ca(OH)2中存在OH，峰值分别为3643cm^-1和2513cm^-1，它是在CaO吸附水的过程中形成的。Ca-O键的存在使得在430 cm^-1处出现了另一个带.。1796 cm^-1，1425 cm^-1，1083 cm^-1，712 cm^-1，675和545 cm^-1的官能团代表蛋壳中CO₃^2-组的伸缩振动。红外结果表明，在煅烧蛋壳中，由于Ca—O键的存在，CaCO3完全转化为CaO。Fig.2.(b)展示了麦麸和改性麦麸的红外光谱。红外光谱显示了羧基、羟基等官能团。O-H，C-H，COOH，C=O，C=C，CH2和C-O-C是存在于麦麸和化学改性麦麸中的各种官能团。

Fig.2. (a)天然鸡蛋壳/煅烧蛋壳的FTIR图谱 (b)麦麸/改性麦麸的FTIR图谱

3.2使用不同吸附剂批量吸附铬

在恒定的操作条件下，用合成的吸附剂进行批量吸附研究，结果见表1。表1表明，改性麦麸与其它吸附剂相比，对铬的去除效率最高。

表一不同吸附剂对铬的去除率

结论

采用不同类型的吸附剂去除废水中的重金属。在这方面，农业废弃物具有成本低、易获得、可再生和对重金属的亲和力高等优点，因此对重金属的去除是经济可行的。

在本研究中，我们使用不同类型的吸附剂进行了脱铬试验，发现活性炭和改性麦麸对铬的去除率较高。经改性后，麦麸的去除能力接近活性炭。因此，利用农业废弃物去除废水中的重金属，需要对吸附剂再生和金属离子回收作进一步研究。

致谢

感谢化学工程与材料研究中心MNIT Jaipur为我的博士研究工作提供资金支持。

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