研究与评述:生态与环境雷竞技苹果下载科学杂志
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ISSN: 2347 - 7830
+ 44-7723-59-8358Muthulakshmi一*Anuradha J
印度泰米尔纳德邦哥印拜陀PSGR krishnamal女子学院化学系。
收到:15/10/2015接受:23/11/2015
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研究了经酸处理的农业废弃物龙葵籽壳(TTCSS)对Cu (II)的吸附性能。通过傅里叶变换红外(FTIR)、扫描电镜(SEM)、能源色散x射线分析(EDAX)分析。从相应的分析中可以看出，吸附剂材料中存在羧基、氨基、酚基和羟基，表面形态和元素的存在。对Cu(II)- TTCSS体系进行了间歇平衡法实验，研究了吸附材料的粒径和剂量、吸附剂与山山酸盐之间的搅拌时间、介质的温度和pH等操作因素的影响。对初始浓度为8 mg/L时，粒径为0.18mm、吸附剂剂量为50 mg、接触时间为60 min、pH为7的条件进行了优化，最大去除率为92%。雷竞技网页版不同吸附材料对Cu(II)的最大吸附量(Ce) (7.122 mg/g)大于其他研究人员报道的2.1 - 5.2 mg/g范围。这证实了terminaliacapappain对所研究的各种材料的吸附效率的提高。
吸附，铜离子，农业废弃物，表征，参数。
重金属，如铜、锌、铅和镉，是工业废水浸出的优先有毒污染物[1]从金属电镀、采矿、绘画、拉丝、电池和印刷电路板制造以及农业等不同行业释放出来。重金属的长期作用可能导致癌症、过敏、营养不良、身体、神经退化过程、阿尔茨海默病和帕金森病的发展[2]。
工业排放的铜(II)通过土壤和水流扩散到环境中，并沿着食物链积累，对人类健康构成高风险。高浓度摄入铜(II)会导致胃部不适、溃疡、智力迟钝、肝和脑损伤[3.]。世界卫生组织建议的废水和饮用水中铜排放的允许限值分别为0.05和0.005 mg/L(世界卫生组织)。从废液中去除金属污染物的方法有多种，包括过滤、化学沉淀法、混凝法、溶剂萃取法、电解法、离子交换法、膜法和吸附法。离子交换和吸附是去除重金属离子最常见和最有效的方法[4]。吸附法是从工业废水和水溶液中去除这些金属的最简单、最安全和最具成本效益的方法之一。即使金属离子的浓度低至1mg /L [5]。
木质纤维素废弃物是去除重金属离子的合适的生物吸附剂，其价格低廉，且进一步处理简单经济。这些材料大多含有以蛋白质、多糖、木质素和纤维素为主要成分的官能团。重金属在生物吸附中的结合机制可以通过离子交换、络合和微沉淀等方式解释为细胞官能团与吸附物之间的物理化学相互作用[j]。6]。
终端纤维素是一种廉价、广泛、储量丰富的木质纤维素废弃物，可用于捕获Cu (II)离子。系统研究了经处理的木树籽壳粉对Cu (II)的修复潜力。因此，本研究的目的是开发利用龙葵籽壳粉(TCSS)吸附Cu (II)离子。
在印度泰米尔纳德邦哥印拜陀的不同地区收集了Terminaliacatappa的种子壳。所用化学品均为分析试剂级。采用双蒸馏水进行实验研究。通过溶解2.6826g CuCl制备1000ppm铜溶液的原液2h·22在1000毫升水中。通过逐步稀释原铜溶液，制备了不同Cu (II)离子浓度(2- 12ppm: 2ppm区间)的等分吸附溶液。采用0.1 N HCl和NaOH溶液调节等分液的pH。
收集龙舌兰种子壳，用蒸馏水洗净，晒干。然后用电动搅拌机将物料粉碎。粉碎后的材料随后用科学测试分子筛筛成不同的网目大小。用0.1 N HCl对分类材料(Terminaliacatappa Shell - TCS)进行改性处理，称为处理后的Terminaliacatappa Seed Shell (TTCSS)。
通过测定水分含量、容重、比重、孔隙度、灰分含量和pH值来估计其理化特性，结果总结于表1。利用扫描电镜和电子能谱仪研究了金属吸附前后吸附剂的表面特征。FT-IR分析作为初步和定性分析，以确定吸附剂中可能参与金属吸收的主要官能团。成像显微镜分析采用双目显微镜(OLYMPUS制造，型号- CX21I)。
| 参数 | 价值 |
|---|---|
| 表面积(m)2g) | 33.47 |
| 平均孔径(nm) | 59.1 |
| 水分(%) | 8.51 |
| 密度(g厘米3） | 0.23 |
| 比重 | 4.41 |
| 孔隙度 | 94.95 |
| 灰分(%) | 9.09 |
| pH值 | 5.6 |
表1:TTCSS的理化分析。
处理后的吸附剂的表面积和孔隙特征分别采用Brunauer-Emmet-Teller(BET)和Barrett-Joyner-Halenda (BJH)图进行测定，采用加速表面积和孔隙测量系统(Micromeritics, BEL, Japan, Inc .)进行氮气吸附，并使用Belsorp吸附/解吸数据分析软件。在分析之前，部分吸附剂在120°C下脱气5小时2环境中使用micromeritics脱气系统。特征值，比表面积(表1)通过N测定2在77 K下得到吸附/解吸等温线。对两种吸附剂进行了至少两次的重复分析。
实验考察了TTCSS的粒径、投加量、吸附剂-山梨酸界面搅拌时间间隔、溶液pH等因素对吸附过程的影响，以确定吸附过程的最佳实验条件。对搅拌后的样品进行过滤，用原子吸收光谱法(AA- 6200, Shimadzu make)分析样品中Cu (II)离子的残留浓度。去除百分比。
是根据记录值计算的。平衡时吸附在吸附剂上的Cu (II)离子的数量(q)e)用下式计算:
问e= (c)o- Ce) V/m (1)
其中Co和Ce为溶液中Cu(II)离子的初始浓度和平衡浓度(mg/L)。V为溶液的体积(L)， m为吸附剂的重量(g)。
从水溶液中吸附金属的百分比用以下公式估算[7]。
利用扫描电镜对吸附材料的表面形貌进行了表征。TTCSS的SEM图如图所示图1一个Cu (II)加载TTCSS图1 b。它们在吸附剂的表面有孔洞和洞型开口，这绝对可以增加可用于吸附的表面积。
图1:卸载TTCSS的SEM图像。
图1 b:加载TTCSS的SEM图像。
记录了EDAX光谱，定性分析了改性吸附剂的元素组成。吸附前后TTCSS的光谱图见图2a和2b表明吸附剂中存在O、C、Ca和Cl。这些被称为吸附剂的主要元素。总结如下表2。Cu (II)在图2 b显示了TTCSS对金属的吸附。
图2:卸载TTCSS的EDAX结果。
图2 b:加载的TTCSS的EDAX结果。
| 元素 | 应用程序 浓缩的. . |
强度 Corrn |
重量% | 重量% σ |
原子% |
|---|---|---|---|---|---|
| TTCSS | |||||
| C K | 142.29 | 1.2819 | 57.28 | 1.06 | 64.13 |
| O K | 41.73 | 0.5052 | 42.63 | 1.06 | 35.83 |
| Cl K | 0.14 | 0.8250 | 0.09 | 0.07 | 0.03 |
| 总数 | One hundred. | ||||
| TTCSS-Cu | |||||
| C K | 55.41 | 1.1305 | 43.80 | 1.75 | 52.32 |
| O K | 32.67 | 0.5687 | 51.33 | 1.69 | 46.03 |
| Ca K | 4.62 | 0.9847 | 4.19 | 0.27 | 1.50 |
| 铜K | 0.57 | 0.7489 | 0.68 | 0.37 | 0．15 |
| 总数 | One hundred. |
表2:TTCSS和TTCSS- cu中呈现的元素数据。
未加载/加载的吸附材料和官能团/频率范围的FTIR光谱如图图3和表3。
图3:卸载和加载TTCSS的FTIR频谱。
| 红外光谱峰 | 频率(cm－１） | 赋值 |
|---|---|---|
| 1 | 3600 - 3200 | -OH键 |
| 2 | 2919年,2852年 | 脂肪族C-H基团 |
| 3. | 1737 | C=C群的振动 |
| 4 | 1154年,1105年 | 脂肪醚 |
| 5 | 1031 | 芳醚 |
表3:红外频率和特征组。
在两个光谱中，在3600cm之间观察到一个较宽的波段－１3200厘米－１用于纤维素和木质素结构中O-H基团的拉伸。在2919 cm处也有两个峰－１2852厘米－１与脂肪链的C-H基团有关。1800- 1200厘米之间的区域－１，为纤维素和木质素的特征峰。峰在1737厘米处－１为木质素中存在的醛的C=O的特征[8]。1300到700厘米之间的区域－１在1154 cm处显示了脂肪醚的特征峰－１1105厘米－１芳香醚在1031厘米处－１。在特征组区域的峰值强度下降被认为是卸载和加载材料之间的差异。这种减少可能是由于铜离子的吸附。
吸附剂粒径由于吸附位点数目的变化对吸附动力学有显著影响。铜(II)在三种不同粒径的MTHP(0.18、0.30、0.42 mm)上的吸附实验如图图4。曲线的急剧上升表明，粒径为0.18 mm的TTCSS对Cu(II)离子的去除率最高(92%)。吸附结合位点的数量随着表面积的增加而增加。这是由于较小粒径的单位重量表面积较高，因而去除率较高[9]。鉴于这些实验结果，决定限制对Cu(II)-TTCSS体系使用0.18mm粒度的进一步实验的讨论。粒径0.18mm的TTCSS微观结构如图图5。
图4:粒径对Cu(II)离子去除的影响。
图5:TTCSS的微观结构。
Cu (II)的吸附量随着接触时间的延长而增加。雷竞技网页版吸附量的分级由曲线上连续平滑的上升表示(图6)根据预设的时间间隔(30-90分钟:间隔30分钟)绘制。从图中可以明显看出，在搅拌60分钟时吸附量(mg/g)最大(7.221 mg/g)。曲线的半抛物线性质表明，60分钟后曲线呈线性下降，表明系统接近吸附Cu (II)离子的解吸。因此，得出的结论是，60分钟是最大限度地去除所研究的金属离子的最佳接触时间，其中已达到平衡。雷竞技网页版当表面吸附位置耗尽时，去除速率由吸附颗粒从外部到内部位置的传输速率控制，这可能是造成较慢阶段的原因[10]。
图6:搅拌时间对去除Cu (II)离子的影响。
吸附剂剂量似乎对吸附过程有很大的影响。吸附剂剂量的变化决定了可用于吸附的结合位点的数量。当吸附剂剂量从50mg /g增加到200mg /g时，以50mg为间隔，对Cu (II)离子的吸附密度从7.122 mg/g下降到6.54 mg/g图7。从图中可以明显看出，50mg的TTCSS对Cu (II)的吸附最大，对应的曲线在图的顶部。吸附剂密度的降低主要是由于吸附过程中吸附位点保持不饱和。这可能是由于由于剂量增加，吸附剂颗粒过度拥挤，导致吸附位点重叠和聚集[11]。
图7:投加量对Cu(II)离子去除率的影响。
在不同的pH环境(3-11)下，研究了TTCSS对Cu (II)离子最大去除率的pH依赖性。观察到TTCSS对Cu (II)离子的捕获能力与pH值有关(图8)其中pH值为7时达到最大值。结合位点通常在低pH值下质子化或带正电荷(由水合氢离子)。这导致在较高的pH值(超过pH 7)下金属阳离子和吸附剂之间的排斥[12]。不溶性氢氧化铜的沉淀可能发生在pH值大于7时，用倒抛物线曲线表示。
图8:pH对Cu(II)离子去除的影响。
温度对吸附过程有重要影响。Cu (II)的去除率随温度(293K ~ 333K)的变化图9。曲线在303K时呈平稳陡峭的最大增长，在高温下进一步下降，这表明在室温下发生了最大的去除率(92%)。Cu (II)离子在低温(20°C)下的动能较低，这反映在Cu (II)的去除率上。这可能是由于离子难以到达吸附剂上的活性位点。随着温度的升高，百分比值的下降可能是由于可用热能的增加引起的解吸。温度越高，吸附质分子的迁移率越高，导致脱附[13]。
图9:投加量对Cu(II)离子去除率的影响。
1.红外光谱的变化证实了Cu (II)离子与吸附材料中官能团的络合作用。同时，通过SEM、EDAX和BET分别对TTCSS的表面形貌变化、元素组成和表面积进行了表征，进一步证明了TTCSS对材料的吸附能力。
2.在中性pH和室温条件下，最佳投加量为50 mg，比粒径为0.18 mm，搅拌时间间隔为60 min时，TTCSS对浓度为8mg/L的Cu(II)离子的捕集效果最好。
3.与文献报道的许多其他低成本吸附剂相比，TTCSS的吸附能力增强，因此，经处理的Terminaliacatappa是一种很有前途的重金属离子去除吸附剂。
作者要感谢国防研究与发展组织(DRDO)对这项工作的财政支持。
