1、 本科毕业论文 （ 20 届） 粟米壳对污染水体中 Cu2+Pb2+离子的吸附性能研究 所在学院 专业班级 海洋科学 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目录 摘要 . Abstract . 引言 . 1 材料与方法 . 1 1.1 实验测定方法及原理 . 2 1.1.1比较法原理 . 2 1.1.2 铜离子测定原理 . 3 1.1.3 铅离子测定原理 . 3 1.1.4 铜离子含量测定方法 主要仪器与设备 . 3 1.1.5 铅离子含量测定方法 . 4 1.2 粟米壳吸附材料的制备 . 5 1.2.1 粟米壳预处理 . 5 1.2.2 考查指标 . 5 1.2.3 标准曲线 .
2、 6 2 结果与讨论 . 6 2.1 粟米壳对铜铅 离子吸附效果的影 响 . 6 2.1.1 粒度对吸附效果的影响 . 6 2.1.2 粟米壳用量对 吸附效果的影响 . 8 2.1.3 振荡时间对吸附效果的影响 . 10 2.1.4 吸附转数对吸附效果的影响 . 12 2.1.5 吸附温度对吸附效果的影响 . 14 小结 . 17 参考文献 . 18 附译文 . 19 致谢 . 34 I 摘要 本实验采用双硫腙分光光度法和二乙氨基二硫代甲酸钠分光光度法分别测定污染水体经粟米壳吸附前后的 Cu2+、 Pb2+的含量。并通过指标计算去除率，吸附量。分析了粟米壳在各自的单因素条件下的吸附效果。从而得
3、到静态处理污染水体中的 Cu2+、Pb2+离子的最佳处理 条件。结果表明，粟米壳 细度、 粟米壳 用量、吸附温度、吸附时间、转数 对吸附均有影响。 Cu2+的去除率最高达 70.7%，说明粟米壳对 Cu2+有一定吸附效果。本实验选用粟米壳为 80目，用量为 2g，时间 1h，转数 150r/min， 35以下为 Cu2+的 最佳吸附条件。 Pb2+的去除率最高达 86.7%，说明粟米壳对 Pb2+有较好的吸附效果。本实验选用粟米壳为 80目，用量为 2g，时间 2h，转数 180r/min， 35以下为 Pb2+的 最佳吸附条件。实验表明粟米壳 对污染水体中的 Pb2+的吸附能力大于 Cu2+
4、。 关键词 分 光光度法 ； 去除率 ； 吸附量；金属离子； 粟米壳 Abstract This experiment use dithizone spectrophotometric method and Sodium diethyl dithiocarbamate spectrophotometry respectively to measure the contents of Cu2+, Pb2+ before and after the adsorption of Corn in the polluted water. Through index calculation we can
5、get the clearance rate and adsorptive capacity thus analysis the adsorption of the blighted grain in any single factor conditions and the best static process condition of removal Cu2+、 Pb2+ in the polluted water. The fineness and the contents of Corn， the temperature and time of the adsorption, and
6、the speed on the adsorption all have correlations as the result shows. The optimum rate of removal of Cu2+ reaches 70.7%, it shows the blighted grain has certain capacity in adsorption. Take all factors into consideration, includes cost and the speed of adsorption rate, the condition of the optimum
7、adsorption of Cu2+ is as follows: the Corn 80, 2g; time 1h; revolution 150r/min; temperature 35 . The optimum adsorption of removal Pb2+ reaches 86.7%, it indicates the strong adsorption of the Corn of Pb2+. And the condition of the optimum adsorption of pb2+ is as follows: the Corn 80, 2g; time 2h;
8、 revolution 180r/min; temperature 35 . The experiment shows the adsorption Pb2+ is better than Cu2+ in using the Corn in the polluted water . Key words spectrophotometry;removal;adsorption; metal ions; Corn 1 引言 随着 工业化 的高速发展， 电镀、 矿冶 、 机械制、化工、电子、等工业生产过程中产生的重金属废水（含有铅、铜、汞、镍、锌、镉、等重金属离子）是对人类危害最大 和对 环境 污染
9、最严重的工业废水之一。废水中的重金属 一般很难进行彻底的 分解，而只能改变 它们的 价态 、转变它们 与官能团结合的位子 。重金属不仅不会被微生所分解， 而且他们会随着食物链的累积 将重金属转化为 影响更大， 毒性更强的化合物 1。 在食物链营养级较高的生物体内成倍的聚集终于引起生物体病变。人类通过摄入含有重金属离子的食物导致 对人体产生严重危害。 贝类在含 有重金属离子的污泥和废水 中 ，会 富集大量的重金属离子 ，经过食物链的逐级放大作用在 对人类产生很严重的影响。 重金属污染废水的治理方法众多， 目前，国内外对含铜铅废水的传统方法包括：化学沉淀法、吸附法、生物絮凝剂、膜分离法、离子交换法
10、等。各有利弊，但各种含 铜铅重金属废水的污染成分复杂，要根据实际情况进行选择，既要考虑处理效率还应顾及经济费用的合理还要考虑是否会造成二次污染等问题。因此寻找经济有效的重金属废水处理技术已经成为研究热点。 吸附法因其操作简便，处理成本低，吸附效果好而被广泛应用。低廉、高效吸附材料吸附重金属离子治理污染废水，一直是吸附法处理污染废水的研究热点。植物中含有丰富的孔隙结构，其本身就是一种天然的吸附剂，能与被吸附的离子形成化合物，有利于吸附的进行 目前，利用粟米壳处理含铅废水的研究报道甚少，本研究采用粟米壳吸附铜铅离子。粟米壳是农产品加工 过程的废弃物或副产物，富含木质素、纤维素、半纤维素和元素硅等
11、7，可用于吸附重金属，可以做到变废为宝的作用，生物吸附剂粟米壳的主要优点在于所用的材料易得，价格便宜，是低碳生活的选择。本次实验是研究 粟米壳 对水体中 Cu2+、 Pb2+ +离子的处理效果，通过测定不同条件下经粟米壳吸附前后的金属离子浓度变化，研究了粟米壳细度、粟米壳用量、吸附温度、吸附时间、转数对吸附的影响，从而得到 Cu2+、 Pb2+离子的最佳处理条件。 2 1 材料方法 1.1 实验测定方法及原理 本试验采用比较法 8，利用吸附剂在吸附前后 滤液浓度的变化来计算吸附量和吸附率 ,此方法可以简化操作，只需提供一个标准样品就可以测得未知样品的浓度。 1.1.1 比较法原理： 比较法又称
12、标准比较法，用相同的方法对一定量的标准样品和未知样品进行处理、显色，制得测定用的标准溶液和未知溶液。用相同的空白溶液作参比，分别测定溶液的吸光度，得到标准溶液的吸光度 SA 和未知溶液的吸光度 xA ，若未知溶液的浓度是 xC ，标准溶 液的浓度是 SC ，根据朗伯 -比尔定律得 SSA kbC (1) xxA kbC (2) 标准溶液和被测溶液的被测组分相同，因此（ 1）、（ 2）式中的 k相同。测定时使用相同规格的吸收池，则 b 值也相同。将（ 1）、（ 2）相除： 整理得 (3) 将 sC ， xA , SA 的数值代入（ 3）式即可求出未知液的浓度 xC 。使用比较法测定时，应使用标准
13、溶液的浓度尽量接近未知溶液的浓度，以减少测量误差。 以四氯化碳作参比溶液，分别测定空白溶液吸光度 0A ，标准溶液的吸光度 SA 和未知溶液的吸光度 xA ，则同理可得 (4) 00()xsxsA A CC AA ssxxACACxsxsACC A3 1.1.2 铜离子 测定原理： 在弱碱介质中，铜与二乙氨基二硫代甲酸钠生成黄棕色络合物，以四氯化碳萃取分离后，于 440 nm处测定吸光值。生成的反应为： 1.1.3 铅离子测定原理： 在 pH为 8.5 9.5的氯性柠檬酸盐 -氰化物的还原性介质中，铅与双硫腙形成可被氯仿萃取的淡红色的双硫腙铅螯合物，萃取的氯仿混色液，于 510nm 波长下进行
14、光度测量，从而求出铅的含量，其反应式为： 1.1.4 铜离子含量测定方法： 铜离子的测定采用二乙氨基二硫代甲酸钠分光光度法 9。 实验试剂： 50mgL-1的铜标准溶液， 1mgL-1 的铜标准使用溶液，乙二胺四乙酸二钠 -柠檬酸三铵溶液， 1mgmL-1L 的甲酚红指示液， 10gL-1 的二乙氨基二硫代甲酸钠(C5H10NS2Na 3H2O)溶液，四氯化碳 (CCl4)，氨水 (NH3 H2O)。 （以上所用试剂除另有说明外均为分析纯试剂） 仪器及设备： 722S 可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司； ZHWY-200B全温型多振幅轨道摇床，上海智城分析仪器制造有限公司； DHG-9
15、240A 型电热恒温鼓风干燥器，上海一恒科学仪器有限公司。 本试验采用标准对照法进行 Cu2+离子的浓度测定，测定时按下 列步骤操作： 1) 取参比样，标准样，待测样。取 2mL 铜标准使用溶液（ 1mgL-1）为标准溶液，取2mL 吸附后的 Cu2+滤液为待测样，取蒸馏水为空白样。 4 2) 将参比样和标准样都稀释至 100mL。 3) 加入 10mL 二乙胺四乙酸二钠 -柠檬酸三铵溶液，混匀。 4) 加入 2 滴甲酚红指示液。 5) 用氨水调节至溶液呈浅紫红色 (pH 为 8.0 8.5)。 6) 加入 5mL 二乙氨基二硫代甲酸钠溶液，混匀。放置 5 min。 7) 加入 10.0mL
16、四氯化碳，振摇 10s，从分液漏斗管底放气。再振摇 2min，静置分层。 8) 测定标准样，待测样吸光值 Ai 和参比样的吸光值 A0(零浓度 )。 9) 根据朗伯 -比尔定律计算浓度 10。 1.1.5 铅离子含量测定方法： 铅离子的测定采用双硫腙分光光度法 11。 实验试剂：氯仿 (CHCl3),高氯酸 (HClO4),硝酸溶液 0.032molL-1,盐酸溶液 0.5mo1L-1氨水溶液 0.143molL-1,柠檬酸盐氰化钾还原性溶液 ,亚硫酸纳溶液 , 碘溶液 0.05mo1L-1,铅标准工作溶液 2mgL-1,双硫腙工作溶液 40mgL-1。（以上所用试剂 除另有说明外均为分析纯试
17、剂） 仪器及设备： 722S 可见分光光度计，上海精密 科学仪器有限公司； ZHWY-200B全温型多振幅轨道摇床，上海智城分析仪器制造有限公司； DHG-9240A 型电热恒温鼓风干燥器，上海一恒科学仪器有限公司。 本试验采用标准对照法进行 Pb2+离子的浓度测定，测定时按下列步骤操作： 1） 向试份加入 10mI 硝酸和 50mL 柠檬酸盐氰化钾还原性溶液 ,摇匀后冷却到室温。 2） 加入 10mL 双硫腙工作溶液 ,寨紧后剧烈摇动分液漏斗 30s 然后放置分层。 3） 在分液漏斗的茎管内塞入一小团无铅脱脂棉花然后放出下层有机相弃去 1 2mL 氯仿层后再注入 10mm比色皿中在 510n
18、m测量萃取液 的吸光度测量前用双硫腙工作溶液将仪器调零。 4） 由测量所得吸光度扣除空白试验吸光度再从校准曲线上查出铅量，计算样品中铅的含量。 5） 标准曲线：向一系列 250mL分液漏斗中分别加入铅标准工作溶液 0.50、 1.00、 5.0 、7.50、 10.00、 12.50、 15.00mL 各加适量无铅去离子水以补充到 100mL 然后按上所述步骤进行操作。并绘制标准曲线。 1.2 粟米壳吸附材料的制备 5 1.2.1 粟米壳 预处理 粟米壳来自中国山西省运城市原味村，在阳光下暴晒 3 5d，充分干燥后，除去杂质和里面的米粒，然后将粟米壳用粉碎机 粉碎，然后用 20、 40、 60
19、、 80、 100目的筛子筛选，得到粟米壳样品分装在保鲜袋中备用。 1.2.2 考查指标 为反映粟米壳对 Cu2+、 Pb2+离子的处理效果，本实验采用以下两个指标表征吸附效果12。 吸附去除率： 00()100%eCCC (5) 吸附量 Q： 0()eV C CQ m (6) 0C 吸附物质的初始浓度 (mgL-1) eC 一吸附达到平衡时吸附物质的平衡浓度 (mgL-1) V 一溶液的体积 (L) m一吸附剂的质量 (g) 一吸附物质的去除率 (%) Q 一单位质量吸附剂所吸附的吸附质的质量 (mgg-1) 6 1.2.3标准曲线 表 1：铜离子标准曲线 Table 1: Standard
20、 curve of copper ions Cu2+（ mg/L） 0 1 2 3 4 5 Ai-A0(A) 0.005 0.029 0.041 0.054 0.073 0.089 0.0290.0410.0540.0730.089y = 0.0152x + 0.011600.010.020.030.040.050.060.070.080.090.10 1 2 3 4 5 6铜浓度 （ mg / L ）吸光度图 a：铜离子的标准曲线 Fig a: Standard curve of copper ions 表 2：铅离子的标准曲线 Table2: Standard curve of lead
21、ions Pb2+含（ mg/L） 0 0.5 1 2 4 6 Ai-A0(A) 0.0125 0.0265 0.05 0.0975 0.203 0.2945 y = 0.0513x + 0.000500.10.20.30.40.50.60 2 4 6 8 10 12铅离子浓度 （ mg / L ）吸光度图 b：铅离子的 标准曲线 Fig b: Standard curve of lead ions 7 2 结果与讨论 2.1 粟米壳 对铜铅离子吸附效果的影响 研究了粟米壳粒径、粟米壳用量、振荡时间、吸附温度、转数、重金属离子的浓度等因素对 Cu2+、 Pb2+的吸附性能力的影响。 2.1.1
22、 粟米壳粒径 对吸附能力的影响 称取 2g 20、 40、 60、 80、 100 目 5 个粒级的 粟米壳 ，分别加到盛有 100mL 离子浓度为5mgL-1 的 Cu2+、 Pb2+溶液中。置于锥形瓶中，以 150r/min 的转速振荡 120min 后，过滤，取滤液 50mL 并稀释 10 倍，测定滤液中离子的浓度。结果如图 1、图 2、图 3、图所示： 表 3：粟米壳粒径对铜离子去除率的影响 Table 1: The effect of copper remover rate caused by different size of Crisp bits of Corn 粟米壳粒径 20
23、 40 60 80 100 铜离子吸附率（ %） 81.5 82 82.3 82.24 82.19 铜离子吸附量（ mg/g） 2.0376 2.0501 2.0576 2.0559 2.0548 吸附去除率 % 59.25% 59.00% 58.85% 58.88% 58.90% 吸附量 (mg/g) 0.148 0.147 0.147 0.147 0.147 图 1： 粟 米壳粒径对铜离子去除率的影响 Fig. 1 The effect of copper remover rate caused by different size of Crisp bits of Corn 81.4 81.6 81.8 82 82.2 82.4 0 20 40 60 80 100 120 粟米壳粒径 吸 附 率 （ %）
