微波改性廢酵母菌吸附廢水中銅(Ⅱ)離子熱力學(xué)動力學(xué)研究

1、微波改性廢酵母菌吸附廢水中銅()離子熱力學(xué)動力學(xué)研究微波改性廢酵母菌吸附廢水中銅()離子熱力學(xué)動力學(xué)研究引言為了滿足社會日益增長的需求,礦物質(zhì)開采和加工業(yè)迅速開展,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的重金屬離子,其主要來源于某些工業(yè)廢水,如漂洗和電鍍廢水中都含有大量的銅。銅離子會通過生物吸附作用在人體內(nèi)積累,對人體安康造成了嚴(yán)重的威脅1。銅離子會使動物蛋白變性而產(chǎn)生毒性。因此,重金屬離子在水中的濃度須降低到國家環(huán)境平安規(guī)定程度之下。目前,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

2、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。這種方法可以充分進(jìn)步活性污泥的濃度,降低有機(jī)營養(yǎng)物和微生物之比,簡單經(jīng)濟(jì)有效，現(xiàn)被廣泛采用。發(fā)酵工業(yè)的生物殘渣含有細(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廢水中的銅離子進(jìn)展吸附,因為活的酵母菌雖然效果好,但是價格較高且難以保存4,5,給實(shí)驗增加了難度。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,可以節(jié)約廢水處理本錢,還可對生物殘渣進(jìn)展廢物利用,到達(dá)

3、了真正的以廢治廢9,10。本研究對廢酵母菌吸附廢水中重金屬離子u2+的實(shí)驗過程進(jìn)展了熱力學(xué)、動力學(xué)研究,評價了廢酵母菌對廢水中重金屬離子u2+的吸附效率14，并對實(shí)驗結(jié)果的數(shù)據(jù)采用languir等溫式進(jìn)展了擬合。2實(shí)驗方法實(shí)驗材料選用蒸餾水溶解定量分析純的硫酸銅,配制500g/l的u2+溶液。實(shí)驗用廢酵母菌為沈陽某制藥廠的液體狀廢菌泥。對廢菌泥進(jìn)展處理,將其取200l置于燒杯中,放入微波爐在中高溫狀態(tài)下加熱15in,對其進(jìn)展微波改性,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。在不同參數(shù)條件下,在含一定濃度的初始溶液中分別參加不等量的微波改性酵母菌,攪拌后進(jìn)展離心別離,取上清液測定其

4、中殘留u2+離子的含量。3結(jié)果和討論3.1溶液的ph值對u2+吸附效果的影響在溫度25時,用hl和nah(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%)調(diào)節(jié)200l含銅廢水(濃度為100g/l)的ph值,在其ph值為4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0時,用0.6g的微波改性廢酵母菌參加廢水中,振蕩速度180r/in,反響120in,沉淀10in,測定含銅廢水反響后銅離子的變化見圖1。由圖1可知,u2+的吸附效果受到ph值較大的影響。實(shí)驗在振蕩吸附時間充足、吸附劑用量適宜的前提下進(jìn)展,u2+的去除率隨著溶液ph值的升高而逐漸增大。當(dāng)ph=7時,溶液為中性,溶液中吸附劑對u2+的去除率到達(dá)最大。這說明微

5、波改性酵母菌對溶液中u2+吸附實(shí)驗進(jìn)展的最正確ph為7。u2+的去除效果與溶液ph有關(guān),因為酸堿性的變化會影響官能團(tuán)的離子電荷性。在ph7(溶液為酸性)時,大量的h3+與金屬離子競爭吸附位點(diǎn),導(dǎo)致廢酵母菌對u2+的吸附才能下降;當(dāng)ph7(溶液為堿性)時,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外表,影響廢酵母菌對u2+的吸附才能。圖1溶液ph值對u2+吸附效果的影響3.2反響時間對u2+吸附效果的影響在溫度為25時,用hl和nah(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%)調(diào)節(jié)200l含銅廢水(濃度為100g/l)的ph=7,取0.6g微波改性廢酵母菌參加廢水中,在振蕩速度為180r/in時,將各組的

6、反響時間分別取為30、60、90、120、150、180in,反響后沉淀10in取其上清液測量濃度,所測定的銅離子去除率的變化趨勢見圖2。圖2反響時間對u2+吸附效果的影響由圖2可知,在初始的60in中,微波改性廢酵母菌有大量的活性位點(diǎn)可與u2+反響,在這個過程中吸附反響速度非?？?溶液中u2+的去除率急劇上升,吸附效果非常好。溶液中可用于吸附u2+的生物活性吸附位點(diǎn)相對減少,u2+的去除率的上升趨勢減緩,隨著反響時間的增長,吸附劑與溶液充分接觸反響,u2+的去除率逐漸增大。當(dāng)吸附反響時間為90in時,去除率到達(dá)最大,為94.91%。用準(zhǔn)二級速率方程來擬合吸附過程,其吸附反響動力學(xué)分析見圖3。

7、由圖可估算出qe=23.87g/g,該值與實(shí)驗值qe=23.68g/g接近,相關(guān)系數(shù)r2=0.99978。分析說明準(zhǔn)二級動力學(xué)模型可以很好描繪微波改性廢酵母菌對廢水中u2+的吸附過程。圖3準(zhǔn)二級動力學(xué)方程擬合吸附劑對u2+的吸附3.3反響溫度、溶液初始濃度及u2+濃度對吸附效果的影響分別在反響溫度為25、40、55、70時,將濃度分別為40、60、80、100、120、140g/l的含銅廢水150l用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%hl及nah調(diào)節(jié)ph值至7,廢水中參加0.6g微波改性廢酵母菌,在振蕩速度為180r/in時反響90in后,沉淀10in取上清液,測定其反響后u2+的變化,不同溫度下吸附劑對u2+

8、的吸附等溫線見圖4。圖4不同溫度下微波改性酵母菌對不同初始濃度的u2+吸附等溫線在吸附劑投加量不變的前提下,吸附位點(diǎn)的數(shù)量有限,當(dāng)初始u2+濃度較低時,吸附劑可以提供充足的生物活性位點(diǎn),此時u2+的去除率很高;而當(dāng)初始u2+濃度升高時,其生物活性位點(diǎn)相對缺乏,吸附位點(diǎn)產(chǎn)生競爭,致使u2+無法完全被有限的廢酵母菌吸附,導(dǎo)致對u2+的去除率下降。本次吸附反響過程采用languir等溫式對實(shí)驗數(shù)據(jù)進(jìn)展擬合(圖5)。圖5中4條等溫線的q和kl數(shù)值通過線性回歸實(shí)驗數(shù)據(jù)得到。不同溫度下u2+在微波改性酵母菌上的等溫吸附常數(shù)見表1。表1顯示吸附劑對u2+的吸附行為與languir吸附等溫線有較好相關(guān)性。圖5

9、微波改性酵母菌對u2+的languir吸附等溫線表1不同溫度下u2+在微波改性酵母菌上的等溫吸附常數(shù)2021年5月綠色科技第5期由表1可知,隨著反響溫度不斷升高,吸附劑對u2+的吸附量qe也隨之增大。不同溫度下吸附反響到達(dá)平衡,通過ln(qe/e)對qe作圖(圖6)推出qe=0時的值。根據(jù)最小平方分析得到直線上的各點(diǎn)的熱力學(xué)常數(shù)k0,數(shù)據(jù)見表2。圖6不同溫度下微波改性酵母菌對u2+的qe-ln(qe/e)圖表2不同溫度下u2+在廢酵母菌上的熱力學(xué)常數(shù)k04結(jié)語吸附劑微波改性廢酵母菌對u2+的吸附過程說明,微波改性廢酵母菌對u2+的吸附效果比較好,可以有效地去除廢水中的u2+。微波改性廢酵母菌的最正確反響條件為:溫度55、ph值7、吸附劑投加量4g/l、振蕩速度180r/in、反響時間90in,廢液中u2+的吸附效果到達(dá)最好。由微波改性廢酵母菌對u2+的吸附過