一种应用原生甜杏仁皮吸附废水中重金属铅离子的方法与流程

本发明属于废水处理技术领域，尤其涉及一种应用原生甜杏仁皮吸附废水中重金属铅离子的方法。

背景技术：

铅是一种公认的重金属污染物，同时，铅污染也是最严重的环境问题。铅在人体内不仅无任何生理作用，有害健康，还不能被自然生物降解，从而通过食物链系统，在动物和人体内累积，对生物体造成巨大伤害。随着工业的发展，如铅酸蓄电池、冶金、印刷、有色金属采选等行业，在生产过程中都会产生大量含铅废水，会对土壤和地下水源造成污染。目前处理含铅废水的工艺主要有：吸附法、沉淀法、生物法或离子交换法等。其中，生物法主要是利用生物体本身的特性和化学结构来吸附废水中的重金属离子，然后通过将生物吸附剂与水溶液分离，达到处理废水的目的。这种方法因其具有成本低、方法简单并能很好的避免去除不彻底、易造成二次污染等优点，被广泛应用于处理含铅废水，成为当前一个研究热点。

近年来，已有一些生物质用于废水中铅的处理，如：蒲草（CN 102989425 B）、玉米叶（CN 103599754 B）、玉米衣（CN 103771555 B）、玉米须（CN 103816873 A）等。生物质吸附剂因其具有来源广泛、种类繁多、易得、绿色环保等优点已越来越多地被应用到重金属废水的处理中。目前，寻找或制备新颖的生物质吸附剂已引起人们的广泛关注。

杏仁皮上含有多种非金属和金属元素，尤其富含有大量的羟基、羧基及氨基等官能团，它有可能成为一种高效的去除重金属的生物吸附剂。杏仁皮作为杏仁制品的固体废料被倾倒，其价值尚未被充分开发利用。而铅对环境及社会的危害极其严重，一旦过度摄入人体将严重影响健康，因此将杏仁皮作为生物吸附剂处理含铅废水，该方法尚未见文献报道。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种应用原生甜杏仁皮作为生物质吸附剂处理含铅废水的方法，该方法处理工艺简单、易操作、并且处理成本低，有效的实现了废物的利用价值，对含铅废水处理效果良好。

为了实现上述目的，本发明提供了一种应用原生甜杏仁皮吸附废水中重金属铅离子的方法，具体为：将原生甜杏仁皮洗涤、干燥处理、研磨至颗粒大小为20-200目，得到原生杏仁皮生物质吸附剂；将待处理的含金属铅离子废水的pH值调节为1.0-6.0，然后加入本发明的原生甜杏仁皮生物质吸附剂，25-45℃条件下恒温振荡吸附即可；吸附时间为1-120min。

所述的洗涤为用去离子水洗涤 2-3次。

所述的干燥处理为采用恒温干燥箱，在50℃条件下干燥4h。

所述的颗粒大小优选为40-140目。

所述的含铅离子废水中铅的浓度为0.050-5.0mmol·L^-1，优选为0.15mmol·L^-1，所述的调节pH值为用 0.1mol·L^-1的硝酸和0.1mol·L^-1的氢氧化钠调节；所述的pH优选为3.0-6.0。

所述的含铅废水用量与原生甜杏仁皮生物质吸附剂的用量比例为25mL：5-100mg；优选的，所述的含铅废水用量与原生甜杏仁皮生物质吸附剂的用量比例为25mL：20-50mg。

所述的振荡吸附中振荡的速率为150rpm。

所述的吸附时间优选为30-50min。

本发明的有益效果。

本发明的吸附剂为生物质吸附剂，原料属于食品副产品来源广泛，无生态毒性，不会产生二次污染，而且还达到了以废治废的目的，属于一种环境友好型的吸附剂，应用前景广阔。本发明的原生甜杏仁皮生物质吸附剂的制备过程，简单方便、易操作；本发明得到的原生甜杏仁皮生物质吸附剂在低浓度下对废水中的铅金属有显著的吸附效果，速度快，30min内吸附基本完成；本发明的处理工艺条件不苛刻，pH为3.0-6.0范围内，受温度影响可忽略不计，吸附剂用量少，仅为20mg，吸附容量大。

附图说明

图1原生甜杏仁皮吸附剂的红外图。

图2原生甜杏仁皮吸附剂吸附重金属铅后的红外图。

图3原生甜杏仁皮吸附剂的电镜图。

图4原生甜杏仁皮吸附剂的能谱图。

图5原生甜杏仁皮吸附剂原料及粉碎图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，实施例是实验室小型制备方法，描述的内容仅为便于理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。

实施例1。

将原生甜杏仁皮先用去离子水洗涤去除灰尘和杂质，再用恒温燥箱在50℃下干燥，干燥后的原生杏仁皮用研钵研磨，得到40-140目的原生杏仁皮生物质吸附剂，密封备用。

用实施例1制备得到的生物质吸附剂进行以下实施2-6中的去除Pb²⁺的吸附实验。

实施例 2。

移取25mL，低浓度 (0.050、0.10、0.15、0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.70mmol·L^-1)的Pb²⁺溶液，置于100mL的锥形瓶中，用0.1mol·L^-1的硝酸/氢氧化钠调节pH为4.0，加入20mg实施例1制备的原生甜杏仁皮作为吸附剂，25-45℃条件下，在转速为150rpm 的恒温振荡器上吸附50min后，用滤纸过滤，取滤液，稀释不同的倍数，用火焰原子吸收分光光度计测定 Pb²⁺的浓度。结果如表1所示。

Pb²⁺的吸附率按照以下公式计算（下同）。

。

上式中，C₀为吸附前废水中Pb²⁺浓度 (mmol·L^-1)，C为吸附一定时间后废水中剩余的Pb²⁺浓度 (mmol·L^-1)。

表1：吸附剂在不同初始浓度的含铅废水中对Pb²⁺的吸附效果。

由表1可知，金属初始质量浓度在0.050-0.20mmol·L^-1时，吸附率均在90%左右及以上，吸附效果很好；继续增大浓度0.30-0.70mmol·L^-1，吸附效率逐渐减小，但平均吸附率均在50%以上。

实施例 3。

移取25mL，一系列浓度(1.0、2.0、3.0、4.0、4.5、5.0 mmol·L^-1)的Pb²⁺溶液置于100mL的锥形瓶中，用0.1mol·L^-1的硝酸和氢氧化钠调节pH为4.0，加入20mg实施例 1制备的原生甜杏仁皮作为吸附剂，25-45℃条件下，在转速为150rpm的恒温振荡器上吸附50min后，用滤纸过滤，取滤液，稀释不同的倍数，用火焰原子吸收分光光度计测定Pb²⁺的浓度；结果如表 2所示。

Pb²⁺的吸附容量按照以下公式计算（下同）。

。

上式中，q为吸附容量(mmol·g^-1)，C₀为吸附前废水中Pb²⁺浓度 (mmol·L^-1)，C为吸附一定时间后废水中剩余的Pb²⁺浓度 (mmol·L^-1), V为金属离子的体积（mL）；m为加入吸附剂的量（mg）。

表2：吸附剂在不同初始浓度的含铅废水中对Pb²⁺的吸附容量。

由表2可知，吸附容量随着金属初始浓度的增大而增大；最大值吸附容量可达0.72 mmol·g^-1。

实验例 4。

移取25mL，0.15mmol·L^-1的 Pb²⁺溶液置于100mL的锥形瓶中，用 0.1mol·L^-1的硝酸和氢氧化钠调节pH值(1.0、2.0、2.5、3.0、4.0、5.0和6.0)，加入20mg实施例1制备的原生甜杏仁皮作为吸附剂，25℃下，在转速为150rpm的恒温振荡器上吸附50min后，滤纸过滤，取滤液，稀释不同的倍数，用火焰原子吸收分光光度计测定Pb²⁺的浓度，结果如表 3 所示。

表3：吸附剂在不同pH值条件下对Pb²⁺的去除效果。

由表3可知，吸附率随着pH值的递增而增加，达到平台之后略有减小。实验结果显示，pH值在3.0-6.0时，吸附率均在93%以上，吸附效果很好。

实施例 5。

移取25mL，0.15mmol·L^-1的Pb²⁺溶液置于100mL的锥形瓶中，用 0.1mol·L^-1的硝酸和氢氧化钠调节pH值为4.0，加入(5、10、15、20、30、40和50mg)实施例1制备的原生甜杏仁皮作为吸附剂，25℃下，在转速为150rpm的恒温振荡器上吸附50min后，用滤纸过滤，取滤液，稀释不同的倍数，用火焰原子吸收分光光度计测 Pb²⁺的浓度，结果如表4所示。

表4：吸附剂在不同添加量的条件下对Pb²⁺的去除效果。

由表4可知，吸附率随着吸附剂量的增大而增大，在20-50mg范围内，吸附率均在96%以上，吸附效果很好。

实施例6。

移取0.15mmol·L^-1的Pb²⁺溶液置于50mL的锥形瓶中，用0.1mol·L^-1的硝酸/氢氧化钠调节pH为4.0，加入20mg实施例1制备的原生甜杏仁皮作为吸附剂，在25-45℃条件下，在转速为150rpm的恒温振荡器上吸附(1、5、10、20、30、40、50、60、90和120min)，用滤纸过滤，取滤液，稀释不同的倍数，用火焰原子吸收分光光度计测定Pb²⁺的浓度，实验结果如表5所示。

表5：吸附剂在不同吸附时间的条件下对Pb²⁺的去除效果。

由表5可知，吸附非常迅速，在前 5min 之内，平均吸附率达到80%以上，在30min之后平均吸附率达到95%以上，吸附效果非常好。

实施例 7。

实施例 1 所述原生甜杏仁皮吸附剂经研磨至过200目标准筛制得粉末，用傅立叶红外光谱仪采用KBr压片法测量，结果如图1所示。

在3335cm^-1处的峰宽且强，来自于多聚体中分子间氢键O-H伸缩振动；在 2923-2853cm^-1处的两个吸收峰来自于-CH伸缩振动；在1745cm^-1左右的峰来自于C=O伸缩振动；在1615cm^-1左右的峰来自于N-H变形振动,1436cm^-1的峰来自于C-N伸缩振动吸收；在1100-1300cm^-1左右的峰来自于C-O伸缩振动，在1023cm^-1左右的峰来自于C-N伸缩振动；800-550cm^-1的峰来自于O-H面外弯曲振动。

材料吸附铅后的红外图，见图2，多处吸收峰发生了不同程度的移动，如3335、1615、1436、1023cm^-1等处的吸收峰都分别移动到3289、1652、1418、1016cm^-1，在1521cm^-1处多了一个吸收峰，这些峰值波数的移动说明： -OH、-COOH、-CONH等官能团参与了吸附过程。

实施例 8。

实施例 1 所述原生甜杏仁皮吸附剂研磨至过80-100目标准筛制得粉末，用场发射扫描电子显微镜记录原生甜杏仁皮形貌及能谱如图3-4所示。

如图3所示，在500倍的放大倍数下，可清楚的看出原生甜杏仁皮的表皮细胞形貌，它们呈现出规则的六边形，且凹凸不平，这些褶皱结构有利于原生甜杏仁皮对重金属离子的吸附。

图4中，原生甜杏仁皮中含有C、N、O、Cl、K、Ca、Mg和Cu等元素，其中非金属元素可构成有利于原生甜杏仁皮吸附重金属离子的重要官能团，而上面的金属离子会与Pb²⁺发生离子交换反应，有利于铅的吸附。

实施例 1 所述原生甜杏仁皮吸附剂原貌及粉碎图，见图5。