PDF《改性生物质材料对 Cr（Ⅵ）的吸附性能》

修订日期:2015-01-22 通信作者:朱建裕,副教授,博士;

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E-mail:[email protected] 第25 卷第

5 期 揭诗琪,等:改性生物质材料对 Cr(Ⅵ)的吸附性能

1363 从环境学角度所指的重金属污染主要是铅、铬、镉、 汞和砷这

5 种具有显著生物毒性的重金属污染,也指 锌、铜、锡和镍这些具有一般毒性的重金属污染[3] . 重金属污染具有持久性、隐秘性、毒性大等特点,并 且不容易被生物所降解,可通过生物富集作用对生态 系统和人类健康造成巨大的威胁[4] . 在治理重金属污染废水方面,常常采用一些物理 化学方法,如化学沉淀法[5] 、吸附法[6] 、电渗析[7] 、膜 过滤[8] 和离子交换法[9] 等. 这些方法虽然易操作, 效果 好,但是成本高,易造成二次污染,并且无法处理低 金属浓度的污染废水[10] .近年来,人们已经将目光转 移到环境友好型的污水治理研究上,利用各种生物质 材料对重金属废水进行吸附处理.例如,采用改性玉 米芯吸附放射性污水中的 U(VI),并且证明了该吸附 过程是自发过程,温度越高,自发性越强[11] .平菇粉 末也可以被用作生物吸附剂以去除废水中过量的 Cu2+ 、Ni2+ 、Zn2+ 、Cr6+ ,吸附量可以达到

10 mg/g 以上[12] .平常属于农弃产品的花生壳同样可以去除污水 中的 Cu2+ 和Cr3+ ,而且吸附效果明显,吸附量高达

25 mg/g 以上[13] . 之前的研究已经证明了生物质材料在重 金属污染废水处理上的巨大潜力.由于大部分生物质 材料都含有大量的纤维素、多糖和氨基酸等,这为重 金属的吸附提供了大量的活性位点.同时,我国是农 业大国, 每年产生的农产品废弃物如甘蔗渣、 花生壳、 玉米和水稻秸秆等高达上亿吨.这些废弃物大部分被 直接丢弃,少量被用作家畜饲料,或者生产沼气,更 有一些被焚烧, 对环境和生产、 生活带来极大影响[14] . 在国外,大量的农业废弃物也被积累下来,然后,人 们通过对其进行简单处理如碱浸泡[15] 和超声[16] 等以 提高其吸附能力,将其作为一种廉价的高效吸附剂用 以替代传统的昂贵的吸附剂.这种方法已经广泛地用 于染料废水的处理中.如RABINDRA 等[17] 用氢氧化 钙和盐酸使橘子废料(一种橘子汁产物)改性, 对一些 金属进行吸附,其中对 Pb2+ 具有很强的吸附性, 吸附效 率达到 90%以上. 在以前的研究中,关于柑橘皮[18] 、甘蔗渣[19] 、玉 米芯[11] 等生物质的改性吸附试验已经取得了一定的 效果,但是对泡桐皮、芦苇和花生叶这

3 种农业废弃 物的改性吸附研究却没有得到足够的关注.本实验中 采用这

3 种生物质材料对金属铬进行吸附,希望这些 在工农业上没有得到充分利用的废弃物能够发挥出更 大的作用,实现 变废为宝 .泡桐是我国特有树种, 具有极强的繁殖性,生长速度很快,但是长时间生长 之后,树干中间容易形成中空,导致外层树皮松动易 脱落.而多数掉落的泡桐皮被废弃,没有得到二次利 用[20] . 芦苇生长在浅水或低湿地中, 在我国分布广泛, 具有较强的适应性和抗逆性.虽然,目前芦苇的用途 非常广泛,但是由于其生长繁殖迅速,仍有大量的芦 苇没有得到有效利用.花生作为一种粮食作物,在我 国的南北方被大量种植.但是人们都将目光放在了果 实?花生上,却忽视了花生叶的利用.大量的花生叶 被废弃在田地里,需要人们重新对其开发利用[21] .这3种农废产品中都含有大量的纤维素、半纤维素和木 质素,它们可提供足够的活性基团与金属离子结合, 例如氨基、酰胺基、羧基、羟基等. 因此,本文作者利用次磷酸钠的催化效果,通过 柠檬酸及 N,N-二甲基甲酰胺对泡桐皮、芦苇、花生叶 这3种生物质材料进行化学改性.相比传统的酯化改 性[22] ,在添加了次磷酸钠和 N,N-二甲基甲酰胺之后, 改性反应可以在较短时间内高效完成,并且获得更多 的活性吸附基团.本文作者考察了 pH 值、初始溶液 中Cr(VI)浓度、吸附时间对改性前后生物质吸附效果 的影响,并分析其吸附动力学,旨在对含铬等重金属 污染水质的治理提供理论和实践基础.