摘 要

近年来，由重金属离子导致的污染引起了广泛关注，重金属离子废水的处理已成为当今水处理行业重要课题。

本实验选择沸石作为吸附材料，用高温改性天然沸石，选择不同的改性方法和改性条件，以重金属离子废水（Pb² ）为处理研究对象。利用静态振荡实验法分析了振荡时间、溶液 pH 值、温度、重金属离子的初始浓度、沸石投加量等不同影响因素对天然及高温改性沸石去除溶液中重金属离子的影响。通过扫描电镜（SEM）对天然及改性沸石进行了表征。

通过实验结果可知，利用高温改性的方法可使沸石结构得到改善，层状结构更明显，使表面变得粗糙疏松，比表面积增大，进而增加其吸附能力。在对各不同影响因素分析发现：pH 值、沸石投加量、初始浓度这三个条件对重金属离子的吸附率影响较大。在偏碱性环境下，离子的吸附效果比酸性环境下好。最佳沸石投加量均为3g。反应时间和温度对吸附率几乎没有影响，可以选择常温下进行。400℃改性后的沸石对Pb² 的吸附效率远大于改性前，而600℃改性则会降低沸石对重金属离子的吸附。

关键词：沸石；高温改性；Pb² ；吸附

Abstract

In recent years, those incidents which are caused by heavy metal ions wastewater. Therefore, the treatment of heavy metal ions wastewater has become an important issue.

This study was the treatment of synthetic heavy metal ions(Pb² ) wastewater. This study which chose the zeolites as adsorbent material was a static oscillation. The modified zeolites were prepared by the high temperature modified methods and the suitable modified method and conditions were determined. Such as shaking time, reaction temperature, pH, zeolite dosage, and initial concentration of heavy metal ions, those different factors, were analysised for the natural and the high temperature modified zeolites removaling heavy metal ions in solutions. According to the variation of those factors, the curves were draw for the heavy metal ions adsorption of natural and the high temperature modified zeolites. The natural and modified zeolites were characterized by Scanning Electron Microscopy(SEM).

The method of using high temperature modification could improve the zeolite structure, make layered structure more clearly, and make the surface coarse loose, specific surface area increase, thus led to increase its adsorption capacity.The factors such as the shaking time,reaction temperature, pH, zeolite dosage, and initial concentration of heavy metal ions, were analysised. The pH, zeolite dosage, and initial concentration of heavy metal ions have play an important role in the removal ratio. If the reaction is taken in the weakly alkaline condition, the adsorption ratio of heavy metal ions was better. The optimum zeolite dosage is 3g. The other two factors, shaking time, reaction temperature, have barely influence on the adsorption, and this experiment can be taken at normal temperature. The variation of adsorption ratio of Pb² between natural zeolites and the preferable temperature is 400^OC.

Keywords：Zeolites； High temperature modified；Pb² ；Adsorption

目 录

第1章 绪论 1

1.1 水体中铅离子的来源及危害 1

1.2 重金属离子污染治理现状 2

1.2.1 化学法 2

1.2.2 生物法 2

1.2.3 物理法 2

1.3 沸石的结构与特性 4

1.3.1 沸石的结构 4

1.3.2 沸石的特性 5

1.3.3沸石的应用 5

1.4 沸石的改性方法 6

1.4.1 碱改性 6

1.4.2 盐改性 6

1.4.3 高温改性 7

1.5 研究内容和技术路线 7

1.5.1 研究内容 7

1.6.2 技术路线 7

第2章 高温改性沸石吸附水中重金属的实验研究 9

2.1 实验药品及仪器 9

2.1.1 实验药品 9

2.1.2 实验仪器 10

2.2 实验材料 11

2.2.1 天然沸石的预处理 11

2.2.2 改性沸石的制备 11

2.3 改性沸石吸附条件实验 11

2.3.1 处理时间 11

2.3.2 pH 12

2.3.3 温度 12

2.3.4 沸石量 12

2.3.5 Pb² 初始浓度 12

2.4 数据的测定与处理 12

2.4.1 测定方法 12

2.4.2 数据处理 13

第3章 结果与分析 15

3.1 沸石的表征 15

3.2 铅离子的吸附结果分析 16

3.2.1 标准曲线的绘制 16

3.2.2 吸附时间的影响 17

3.2.3 pH的影响 18

3.2.4 温度的影响 19

3.2.4 沸石量的影响 20

3.2.5 Pb² 初始浓度的影响 20

第4章 结论 23

参考文献 24

致谢 26

第一章 绪论

在环境与卫生领域，重金属主要是指汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）和砷（As）等生物毒性明显的元素，它们在水环境中存在多种物理和化学状态，在环境中也具有迁移和积累的作用^[1]。由于我国目前在采矿、冶炼、加工，等环节会导致大量重金属如铅、汞、镉、钴等进入环境造成严重污染。排放到水体中的重金属，就算浓度较不高，但也会在在藻类和沉积物中积累，并在鱼类和贝类的吸附表面，随着生产集中的食物链，造成污染。重金属水的毒害性不仅跟金属离子的物理和化学性质有关，也依赖于金属的浓度和存在的价和形态有。重金属的可以与人体内各种酶喔喔和蛋白质结合，使它们失去活性，也可能会在某些器官中富集，如果超过生命不能承受之轻，会引起人体中毒，对身体造成损害。重金属在土壤、大气、水、生物体等环境中分布十分广泛，当环境发生变化时，重金属沉积物中的重金属会发生转化，释放污染到这次的新的环境中，从而再次产生污染。重金属几乎不能生物降解，但因为其具有生物累积性和可直接威胁高等生物甚至人类。

1.1 水体中铅离子的来源及危害

铅主要从各种油漆、涂料、电池、冶金、金属、机械、电镀、化妆品、染发剂、釉陶器、餐具、煤、膨化食品铅、水管中产生而，大部分的铅以废物，废水和其他形式排放，导致大面积的铅污染。铅的毒性具有持久性和高积累的特点，它主要通过呼吸系统、消化系统或皮肤直接进入人体，并在人体内沉积聚集，对人体大部分的组织和器官如肝、肾等都会造成不同程度的损伤。即使离开了污染环境，得到治疗后体内的血铅水平下降到安全程度，已经受到损害的组织和器官也不能完全恢复。铅的毒性大小主要取决于其在体液中的溶解度，它会主要影响人体造血功能、神经系统、消化系统、肝、肾及心血管系统^[5]。弱势人群即容易受到危害的人群有儿童，老年人，免疫力低下的人更容易受到损害，研究表明，当儿童在铅含量在体内超过100μg/L，对儿童脑的发育会产生不利影响，儿童血铅每增加100μg／L，智商平均下降1-3分^{[ 2 ]}。铅对水生生物的安全浓度为0.1 mg/L，铅灌溉水稻和小麦作物显著增加水的铅含量4.4mg／L。人体中铅的正常水平应为0.1mg/l，如果含量超过容易导致贫血，神经系统受损。铅伤害的孩子比成年人更敏感，一旦过多的血铅水平会导致中毒，应采取积极措施。

1.2 重金属离子污染治理现状

根据废水中的重金属离子浓度、不同废水的来源特性、存在的形式，大致可以将处理技术分为三类：化学法、生物法和物理化学法。

1.2.1 化学法

化学法主要分为化学沉淀法和氧化还原法，浓度较低的废水不适宜用化学法。

（1）化学沉淀法