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《微波改性廢酵母菌吸附廢水中銅(ⅱ)離子熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫(kù)。
1、微波改性廢酵母菌吸附廢水中銅(Ⅱ)離子熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)研究微波改性廢酵母菌吸附廢水中銅(Ⅱ)離子熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)研究引言 為了滿足社會(huì)日益增長(zhǎng)的需求,礦物質(zhì)開采和加工業(yè)迅速發(fā)展,這導(dǎo)致世界各地重金屬污染嚴(yán)重。水中的重金屬離子對(duì)人類產(chǎn)生嚴(yán)重的毒害作用,去除水中的重金屬離子是需要迫切解決的課題。銅離子是城市污水中常見(jiàn)的重金屬離子,其主要來(lái).L.源于某些工業(yè)廢水,如漂洗和電鍍廢水中都含有大量的銅。銅離子會(huì)通過(guò)生物吸附作用在人體內(nèi)積累,對(duì)人體健康造成了嚴(yán)重的威脅［1］。銅離子會(huì)使動(dòng)物蛋白變性而產(chǎn)生毒性。因此,重金屬離子
2、在水中的濃度須降低到國(guó)家環(huán)境安全規(guī)定水平之下?！ ∧壳?有多種技術(shù)方法可用于去除水溶液中的重金屬［2，3］。這些方法有絮凝法、化學(xué)沉淀法、離子交換法和吸附再生法［4］。其中吸附再生法是活性污泥法的一種。這種方法可以充分提高活性污泥的濃度,降低有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物和微生物之比,簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)有效，現(xiàn)被廣泛采用?！ “l(fā)酵工業(yè)的生物殘?jiān)屑?xì)菌、酵母菌等多種類微生物,如飲料工業(yè)中的酵母菌、制作檸檬酸的真菌、酶工業(yè)中的葡萄糖和脂酶等［7,12］。本研究是以一種微波改性的廢酵母菌作為吸附劑對(duì)廢水中的銅離子進(jìn)行吸附,因?yàn)榛畹慕湍妇m
3、然效果好,但是價(jià)格較高且難以保存［4,5］,給實(shí)驗(yàn)增加了難度。而廢酵母菌具有易固化、反復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn),可用于制造特殊生物吸附劑［6］。用失活的廢酵母菌吸附廢水中的重金屬離子,能夠節(jié)約廢水處理成本,還可對(duì)生物殘?jiān)M(jìn)行廢物利用,達(dá)到了真正的以廢治廢［9,10］?！ ”狙芯繉?duì)廢酵母菌吸附廢水中重金屬離子Cu2+的實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行了熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)研究,評(píng)價(jià)了廢酵母菌對(duì)廢水中重金屬離子Cu2+的吸附效率［14］，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)采用Langmuir等溫式進(jìn)行了擬合?！ ?實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)材料選用蒸餾水溶解定量分析純的硫
4、酸銅,配制500mg/L的Cu2+溶液。實(shí)驗(yàn)用廢酵母菌為沈陽(yáng)某制藥廠的液體狀廢菌泥。對(duì)廢菌泥進(jìn)行處理,將其取200mL置于燒杯中,放入微波爐在中高溫狀態(tài)下加熱15min,對(duì)其進(jìn)行微波改性,取出后放于烘箱內(nèi)在恒溫115℃狀態(tài)下烘干,研磨成粉備用?！ ≡诓煌瑓?shù)條件下,在含一定濃度的初始溶液中分別加入不等量的微波改性酵母菌,攪拌后進(jìn)行離心分離,取上清液測(cè)定其中殘留Cu2+離子的含量?！ ?結(jié)果和討論 3.1溶液的pH值對(duì)Cu2+吸附效果的影響 在溫度25℃時(shí),用HCl和NaOH(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%)調(diào)節(jié)20
5、0mL含銅廢水(濃度為100mg/L)的pH值,在其pH值為4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0時(shí),用0.6g的微波改性廢酵母菌加入廢水中,振蕩速度180r/min,反應(yīng)120min,沉淀10min,測(cè)定含銅廢水反應(yīng)后銅離子的變化見(jiàn)圖1?！ ∮蓤D1可知,Cu2+的吸附效果受到pH值較大的影響。實(shí)驗(yàn)在振蕩吸附時(shí)間充足、吸附劑用量適宜的前提下進(jìn)行,Cu2+的去除率隨著溶液pH值的升高而逐漸增大。當(dāng)pH=7時(shí),溶液為中性,溶液中吸附劑對(duì)Cu2+的去除率達(dá)到最大。這說(shuō)明微波改性酵母菌對(duì)溶液中C
6、u2+吸附實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的最佳pH為7?！ u2+的去除效果與溶液pH有關(guān),因?yàn)樗釅A性的變化會(huì)影響官能團(tuán)的離子電荷性。在pH＜7(溶液為酸性)時(shí),大量的H3O+與金屬離子競(jìng)爭(zhēng)吸附位點(diǎn),導(dǎo)致廢酵母菌對(duì)Cu2+的吸附能力下降;當(dāng)pH＞7(溶液為堿性)時(shí),生物吸附活性點(diǎn)受到影響,水解生成的氫氧化物沉積在廢酵母菌表面,影響廢酵母菌對(duì)Cu2+的吸附能力。 圖1溶液pH值對(duì)Cu2+吸附效果的影響 3.2反應(yīng)時(shí)間對(duì)Cu2+吸附效果的影響 在溫度為25℃時(shí),用HCl和NaOH(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%)調(diào)節(jié)200mL含銅廢水(
7、濃度為100mg/L)的pH=7,取0.6g微波改性廢酵母菌加入廢水中,在振蕩速度為180r/min時(shí),將各組的反應(yīng)時(shí)間分別取為30、60、90、120、150、180min,反應(yīng)后沉淀10min取其上清液測(cè)量濃度,所測(cè)定的銅離子去除率的變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2。 圖2反應(yīng)時(shí)間對(duì)Cu2+吸附效果的影響 由圖2可知,在初始的60min中,微波改性廢酵母菌有大量的活性位點(diǎn)可與Cu2+反應(yīng),在這個(gè)過(guò)程中吸附反應(yīng)速度非?？?溶液中Cu2+的去除率急劇上升,吸附效果非常好。溶液中可用于吸附Cu2+的生物活性吸附位點(diǎn)相對(duì)減
8、少,Cu2+的去除率的上升趨勢(shì)減緩,隨著反應(yīng)時(shí)間的增長(zhǎng),吸附劑與溶液充分接觸反應(yīng),Cu2+的去除率逐漸增大。當(dāng)吸附反應(yīng)時(shí)間為90min時(shí),去除率達(dá)到最大,為94.91%?！ ∮脺?zhǔn)二級(jí)速率方程來(lái)擬合吸附過(guò)程,其吸附反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析見(jiàn)圖3。由圖可估算出qe=23.87mg/g,該值與實(shí)驗(yàn)值qe=23.68mg/g接近,相關(guān)系數(shù)R2=0.99978。分析表明準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型可以很好描述微波改性廢酵母菌對(duì)廢水中Cu2+的吸附過(guò)程。圖3準(zhǔn)
