混酸改性粉煤灰吸附重金属污水.docx

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混酸改性粉煤灰吸附重金属污水

龙岩学院

毕业论文（设计）

题目：

混酸改性粉煤灰对废水中铜的吸附研究

学院：

化学与材料学院

专业：

　　　　材料科学与工程　　

学号：

47

作者：

　　　　　邹绍烽　　　　

指导教师（职称）：

姚辉梅（讲师）

二〇一二年三月二十日

混酸改性粉煤灰对废水中铜的吸附研究

化学与材料学院材料科学与工程专业

指导老师：

摘要：

以粉煤灰为原料，利用硫酸和硝酸的混合酸对其进行改性，改性后的粉煤灰对废水中的铜进行吸附实验，通过双环己酮草酰二腙分光光度法（BCO比色法）测Cu2+浓度转变来探索改性粉煤灰的最佳工艺条件及改性后粉煤灰去除废水中铜离子的最佳条件，结果表明改性的最佳条件为：

H2SO4浓度为1mol/L，HNO3浓度为4mol/L，H2SO4：

HNO3的体积比为5:

1，温度为40℃，固液比为1:

6（3g粉煤灰加入到18mL混酸中），改性60min。

利用最佳改性条件制得的改性粉煤灰吸附10mL（40μg/mL）的CuSO4溶液时，在温度30℃，pH=10，粉煤灰投加量为3g时吸附75min，去除率可达%。

关键词：

混酸；粉煤灰；改性；含铜废水；分光光度法

1引言

现在水污染愈来愈受到人们重视，水污染不仅影响生态环境，更直接影响着人类的身体健康。

工业废水是水污染的重要来源，如何更好的解决工业废水的处置问题，值得每一个人关注和了解。

工业生产中产生大量含铜离子废水，对环境和人体危害极大。

含铜废水主要来源于电镀、化学镀工序，其处置办法有氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、吸附法、离子互换树脂法、铁屑处置法、电解法、电渗析法等[1]。

在众多方式中吸附法是最简单的方式，不仅设备简单，而且操作方便，且在对低浓度重金属离子进行深度处置方面具有独特的优势[2]。

测定铜的方式有原子吸收法；二乙基二硫代氨基甲酸钠-四氯化碳萃取比色法；新铜试剂比色法；阳极溶出伏安法。

这些方式不是仪器昂贵，就是操作烦琐。

而利用双环己酮草酰二腙（BCO）法测定铜，既廉价，操作又方便，且在实践中取得了较满意的结果[3]。

粉煤灰是燃煤电厂粉煤燃烧排放的废弃物，粉煤灰中含有较多的活性氧化铝和氧化硅，和少量结晶矿物（如石英和莫来石等）和未燃烧炭[4]，且具有多孔性，比表面积大，所以具有较强的吸附能力，可应用于废水的处置[5]。

但粉煤灰吸附容量不高，对其进行改性使其更适于废水处置就显得超级必要。

粉煤灰的改性主如果对粉煤灰进行物理的或化学的处置，以改变粉煤灰表面和微孔的粗糙度，增加比表面积，提高其吸附性能。

粉煤灰的改性方式采用较多的有：

酸改性、碱改性、盐改性。

J.X.Lin等[6]将粉煤灰用1mol/L的H2SO4溶液改性，结果表明，改性后的粉煤灰与改性前的相较，比表面积和吸附容量均取得提高。

C.D.Woolard等[7]采用水热法以NaOH对粉煤灰进行改性，结果发觉，改性后的粉煤灰比表面积增加了8倍，阳离子互换能力也较原粉煤灰有了进一步提高。

本文采用混酸（硫酸和硝酸）改性粉煤灰，对其改性条件及改性后吸附含铜废水的条件做了研究。

2实验部份

主要仪器及试剂

仪器

PHS-3CT型数字PH计（上海伟业仪器厂）；WFJ2000型可见分光光度计（尤尼柯（上海）仪器有限公司）；DT2T-9076A电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏实验设备有限公司）；SHB-III型循环水真空泵（河南省予华仪器有限公司）。

试剂

粉煤灰；CuSO4·5H2O（分析纯）；H2SO4（分析纯）；HNO3（分析纯）；双环己酮草酰二腙（BCO）（分析纯）；乙醇（分析纯）；40%乙醛溶液（分析纯）；柠檬酸三铵（分析纯）；氯化铵（分析纯）；氨水（分析纯）。

实验方式

样品制备

（1）改性粉煤灰制备

粉煤灰来自龙净环保股分有限公司，利用前先过320目筛，再用蒸馏水洗净，在110℃下烘2小时，掏出封存备用。

将烘干后的粉煤灰别离在不同浓度的H2SO4、HNO3，不同的体积比（V硫酸：

V硝酸），不同的温度，时刻下改性，从而得出最佳改性条件，再在最佳条件下改性粉煤灰。

（2）模拟废水的制备

在分析天平上准确称取3.906g的，溶解于烧杯中，移入1000mL的容量瓶中，用蒸馏水稀释至1000mL摇匀，即取得1mg/mL的CuSO4溶液。

（3）标准曲线绘制

利用双环己酮草酰二腙分光光度法（BCO比色法）绘制标准曲线即：

别离取10μg/mL的CuSO4溶液0、1、2、3、4、5mL于6个50mL的小烧杯中，加蒸馏水至25mL左右，依次加入2mL40%柠檬酸铵水溶液，用氨水调pH至9，移入50mL的容量瓶，再加氨-氯化铵缓冲液5mL，再加%BCO溶液，再加1mL40%乙醛，最后加蒸馏水稀释至50mL，混匀，50℃恒温水浴10min，掏出冷却至室温后用WFJ2000型可见分光光度计在540nm下测吸光度。

2.2.2实验进程

粉煤灰最佳改性条件的肯定：

别离取若干份10mL（40μg/mL）的CuSO4溶液，别离加入各条件下改性的粉煤灰1g进行吸附，吸附后离心分离，别离取2mL上清液于若干个小烧杯中，利用BCO比色法测吸光度。

改性后最佳吸附条件肯定：

别离取若干份10mL（40μg/mL）的CuSO4溶液，别离加入最佳条件改性后的粉煤灰在不同的温度、时刻和粉煤灰投加量下进行吸附，离心分离后用BCO比色法测吸光度。

3结果与讨论

改性条件的影响

混酸体积比对粉煤灰改性效果的影响

别离取经混酸整体积为30mL（1mol/L的H2SO4:

4mol/L的HNO3）体积比为7:

一、6:

一、5:

一、4:

一、3:

一、2:

一、1:

1改性的粉煤灰1g于7个50mL的小烧杯中，各加入10mL（40μg/mL）的CuSO4溶液吸附1h后，离心静止，各取上清液2mL于7个干净的小烧杯中，利用双环己酮草酰二腙法测吸光度。

结果见图1。

图1混酸体积比对粉煤灰改性效果的影响

由图1可见，随着H2SO4:

HNO3体积比的逐渐减小，废水中Cu2+的去除率先逐渐增大，当体积比为5:

1时去除率达最大值，以后去除率又逐渐减小，这是因为粉煤灰中的活性氧化铝，氧化硅等物质最适合在此种比例时溶解，从而使粉煤灰表面粗糙度达最大值，比表面积最大，所以去除率最大。

所以由1mol/L的H2SO4与4mol/L的HNO3组成的混酸的最佳体积比5:

1。

改性时刻的影响

在7个小烧杯中别离加入4g粉煤灰，加入由1mol/L的H2SO4和4mol/L的HNO3按体积比为5:

1组成的混酸30mL，别离改性30、4五、60、7五、90、10五、120min后，洗净，烘干后，各取1g改性后的粉煤灰，别离加入7个装有10mL（40μg/mL）的CuSO4溶液的小烧杯中，吸附1h后，离心静止，各取上清液2mL于7个干净的小烧杯中，利用双环己酮草酰二腙法测吸光度。

结果见图2。

图2时刻对粉煤灰改性效果的影响

由图2可知，60min前随着改性时刻的增加，去除率逐渐增大，60min后，去除率逐渐趋于平衡，这是因为粉煤灰中存在大量铝、硅等活性点，在0~60min之间，它们都被逐渐的溶解出来，比表面积逐渐增大，到60min时已经达到溶解的极限，比表面积达最大值，以后即便再延长时刻比表面积也再也不发生转变。

因此最佳改性时刻为60min。

改性固液比的影响

别离取3g粉煤灰9份，别离加入到装有六、九、1二、1五、1八、2一、24、27、30mL混酸的9个小烧杯中，改性60min后，洗净、烘干后，各取1g改性后粉煤灰，别离加入到9个装有10mL（40μg/mL）的CuSO4溶液的小烧杯中，吸附1h后，离心静止，各取上清液2mL于9个干净的小烧杯中，利用双环己酮草酰二腙法测吸光度。

结果见图3。

图3固液比对粉煤灰改性效果的影响

由图3可知，起初随着固液比的减小，去除率逐渐增大，当固液比达到1:

6后去除率趋于平衡。

这是因为粉煤灰中含有大量的Fe、Al、Si、Ca等成份，起初随着混酸体积的增加，它们都被大量的溶解出来，粉煤灰表面变得更粗糙，比表面积逐渐增大，当混酸抵达必然量后它们已经被溶解完全了，比表面积再也不增大，所以再增加混酸的量，去除率也几乎不变。

因此最佳改性固液比为1:

6。

改性温度的影响

在7个小烧杯中别离加入4g粉煤灰，24mL的混酸，别离在20、30、40、50、60、70、80℃下改性60min后，洗净、烘干后，各取1g改性后的粉煤灰于7个装有10mL（40μg/mL）的CuSO4溶液的小烧杯中，吸附1h后，离心静止，各取上清液2mL于7个干净的小烧杯中，利用双环己酮草酰二腙法测吸光度。

结果见图4。

图4温度对粉煤灰改性效果的影响

由图4可知，起初去除率随温度的升高而增大，40℃时达到最大，40℃后去除率反而随温度的升高而降低。

所以最佳改性温度为40℃。

吸附的最佳条件的肯定

最佳吸附时刻的肯定

别离取1g在最佳改性条件下改性的粉煤灰7份于7个装有10mL（40μg/mL）的CuSO4溶液的小烧杯中，别离吸附30、4五、60、7五、90、10五、120min后，离心静止，各取上清液2mL于7个干净的小烧杯中，利用双环己酮草酰二腙法测吸光度。

结果见图5。

图5吸附时刻对去除效果的影响

由图5可知，随着吸附时刻的增加，去除率逐渐增大，当达到一按时刻后如图75min去除率达到最大值，尔后维持平衡，且不会解析。

这是因为75min时吸附达到饱和，且Cu2+离子与吸附位点形成较强的吸附位，一旦吸附就不易解析[8]。

所以最佳吸附时刻为75min。

最佳吸附温度的肯定

别离取1g在最佳改性条件下改性的粉煤灰5份于5个装有10mL（40μg/mL）的CuSO4溶液的小烧杯中，别离在20、30、40、50、60℃下吸附75min后，离心静止，各取上清液2mL于5个干净的小烧杯中，利用双环己酮草酰二腙法测吸光度。

结果见图6。

图6吸附温度对去除效果的影响

由图6可知，在20~30℃间去除率随温度的升高而增大，当温度达30℃时去除率达最大值，尔后去除率随温度的升高而逐渐减小，这是因为温度偏低时粉煤灰活性较低，吸附率也就低；温度偏高粉煤灰会发生解析，其吸附能力降低；且吸附反映为放热反映。

由此可知最佳吸附温度为30℃。

最佳吸附pH值的肯定

别离取1g在最佳改性条件下改性的粉煤灰9份于9个装有10mL（40μg/mL）的CuSO4溶液的小烧杯中，在30℃下，别离在pH为3、4、五、六、7、八、九、10、11下吸附75min后，离心静止，各取上清液2mL于9个干净的小烧杯中，利用双环己酮草酰二腙法测吸光度。

结果见图7。

图7pH值对去除效果的影响

由图7可知，去除率随着pH值的逐渐增大而增大，当pH大于7后，去除率虽然继续增大，但比较缓慢，当pH为10时，去除率达最大值，以后略有减小。

这是因为粉煤灰中的活性成份主如果一些碱性氧化物，在强酸条件下，溶液中的H+会使这些碱性氧化物失活，降低粉煤灰的吸附能力；在碱性条件下，pH值使粉煤灰表面富集大量负电荷，使其更易于吸附Cu2+离子。

但pH值太高，会形成沉淀物，对粉煤灰的吸附也有必然的抑制作用。

所以最佳吸附pH为10。

粉煤灰投加量对吸附效果的影响

别离取、一、、二、、3、3.5g在最佳改性条件下改性的粉煤灰7份于7个装有10mL（40μg/mL）的CuSO4溶液的小烧杯中，在30℃，pH为10下吸附75min后，离心静止，各取上清液2mL于7个干净的小烧杯中，利用双环己酮草酰二腙法测吸光度。

结果见图8。

图8粉煤灰投加量对去除率的影响

由图8可知，起初去除率随着粉煤灰的投加量的增加而增大，当粉煤灰的投加量为3g时去除率达最大值，尔后再增加粉煤灰的投加量去除率转变不明显。

这是因为粉煤灰越多，比表面积就越大，所以去除率就越大，当粉煤灰的量