摘 要

铅作为一种重金属，可通过饮用、呼吸、食入等手段进入到人体中，对人体产生巨大危害。在除铅的众多办法中，吸附法具有经济实用、吸附量大、去除率高等优点被广泛使用。本文将水合氧化锆负载到活性炭上，制备出一种新型的复合吸附材料。论文对该复合吸附材料除铅时温度、pH、离子强度、竞争离子、时间、脱附等影响因素进行了系统的实验考察。实验结果表明温度越高时吸附效果越好，但温度的升高对吸附影响不大；当pH增大时，吸附量随之增大，吸附的最佳pH值在5~6之间。时间越长，吸附效果越好，当到达12小时时，吸附量基本不变，达到吸附平衡；当溶液中有硝酸钠存在时，只有铅离子量的几倍时，对载锆活性炭吸附影响不大，但当硝酸钠量为铅离子的20倍甚至更多时，会对载锆活性炭吸附铅离子产生很大影响；当溶液中有Ca² 时，对载锆活性炭吸附铅并没有多大影响；吸附平衡后的载锆活性炭用硝酸溶液脱附，当硝酸浓度增加时，脱附率也随之增加，当硝酸浓度达到2mmol/L时，脱附效果最好。

关键词：载锆活性炭 除铅 吸附

Experimental Study on Removal of Lead(II) fromWater by hydrated Zirconium Oxide -Activated Carbon Composite Adsorbent

Abstract

Lead, which is a heavy metal, enters the human body through drinking, breathing, eating and so on. It will do great harm to the human’s health and human’s life. Therefore, it is important to remove lead in the wastewater. Among the different lead removal methods, the adsorption method is the most economical and practical. Owing to its large adsorption, the adsorption method is widely used. Besides, it has a high removal rate and does not cause pollution again. In this paper, a new type of composite material was synthesized by loading zirconium octahydrate zirconium chloride onto activated carbon. Many experiments were performed on the influence factors of temperature, pH, ionic strength, competitive ions, time, desorption and so on. The experimental results show that the higher temperature, the better adsorption effect. But the increase of temperature has little effect on the adsorption. When pH increases, the adsorption amount increases and the best pH for adsorption is approximately between 5 and 6. The longer the time, the better the adsorption effect. When it reaches 12 hours, adsorption capacity remains basically unchanged. When there is sodium nitrate in the solution and the amount of sodium nitrate is relatively small, the adsorption experiment has little effect. But when the amount of sodium nitrate is 20 times or more of the lead ions, it will have a great influence on the adsorption of lead ions on the zirconium-loaded activated carbon. When the wastewter has Calcium ion, the adsorption of lead on zirconium-loaded activated carbon did not have much effect.When the concentration of sodium hydroxide increased and the pH of the solution increases, the desorption rate of the zirconium-containing activated carbon also increased. When the concentration of Nitric acid reaches 2 mmol/L, desorption is best. 

Keywords: Zirconium activated carbon; Lead removal; Adsorption

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 研究的背景 1

1.2 水体除铅技术进展 1

1.2.1 沉淀法 2

1.2.2 电解法 2

1.2.3 膜分离法 2

1.2.4 离子交换法 3

1.2.5 吸附法 3

1.2.6 生物法 3

1.2.7 物理法 3

1.3 水合氧化锆吸附剂 4

1.4 本课题的提出 5

第二章 实验 6

2.1试剂及仪器 6

2.2 实验方法 7

2.2.1吸附剂合成 7

2.2.2 铅溶液的配置 8

2.2.3 吸附等温线 8

2.2.4 溶液pH值的影响 8

2.2.5 吸附动力学实验 8

2.2.6 离子强度影响 9

2.2.7 竞争吸附实验 9

2.2.8 硝酸浓度的对脱附实验的影响 9

2.3 分析及计算 9

2.3.1 铅的测定 9

2.3.2 标准曲线实验 9

2.3.3 吸附剂的表征 10

2.3.4 计算 10

第三章 结果与讨论 11

3.1 吸附剂的表征 11

3.2 温度对实验的影响 12

3.3 pH对实验的影响 14

3.4 动力学实验 15

3.5 离子强度对实验的影响 16

3.6 竞争离子对实验的影响 17

3.7 硝酸浓度对脱附的影响实验 18

第四章 结论与展望 20

4.1 结论 20

4.2 展望 21

参考文献 22

致谢 25

第一章 绪论

1.1 研究的背景

水是生命之源，人的社会活动都与水密切相关，但随着汽车尾气、工业废水随意排放等环境问题越来越突出，工业废水的处理也被提上日程，废水中重金属离子铅的含量也是一项令人头疼的问题。同时，铅的用途十分广泛，可用于建筑材料，铅酸蓄电池、炸药等。因此重金属铅具有二次利用的价值，从废水中分离重金属，既可以达到保护环境的目的，也实现了重金属的循环利用价值^[1]。因此如何治理废水中的重金属，需要迫切解决这个问题^[2]。

重金属铅对人的危害很大，成人每日摄入量少于0.32 mg时，可被人体排出体外，此时人体中没有铅积累下来；当摄入量为0.5～0.6 mg时，会有少量铅积累在人体中，但此时不会危及人的健康；但当摄入量超过1.0 mg时，人体中会有明显的铅积累下来^[3]，并且铅不容易被人体代谢排出，会长期积累在人体里，对人的危害实在很大。而自然环境中的铅可以通过大气污染（如汽车尾气等等）、水体污染、食品污染等多种途径被人体摄入^[3]。并且铅可以透过大脑屏障进入人体，参与体内循环，同时与多种酶结合，造成机体的生理功能紊乱，危及人体健康。儿童由于抵抗力差，比成人更容易受铅污染，造成永久性的脑受损，且没有成年人在人体中代谢快。长期吸入低浓度铅可导致一系列心血管疾病和高血压等症状，个别严重人群，中毒会出现急性精神错乱、意识丧失等症状^[4]。在2009年陕西凤翔、湖南武冈区爆发了大规模儿童血铅超标事件^[5]。因为工业的快速发展，大量含铅废水排到水体中，造成了严重的污染。《地面水环境质量标准》规定废水中总铅浓度小于0.01～0.1 mg/L，《农田灌溉水质标准》是小于0.2 mg/L^[6-8]。

1.2 水体除铅技术进展

水体中重金属铅离子去除技术有很多，工艺也比较成熟，现阶段常用除铅技术的包括沉淀法、电解法、膜分离法、离子交换法、吸附法、生物法、物理法等^[9]。下面将主要介绍这几种工艺方法的原理和优缺点。

1.2.1 沉淀法

沉淀法是目前为止使用较为广泛的一种除铅手段。混凝沉淀法依靠投加混凝剂，铅就会与水分开。混凝剂分为无机混凝剂、有机混凝剂^[10]。化学沉淀法是在废水中投加化学试剂，使试剂和铅离子发生化学反应，生成沉淀，再通过过滤等方法，从而去除铅离子。投加的试剂有氢氧化钠、碳酸盐、草酸盐、硫化盐、硫酸盐、氯盐等^[11]，这些试剂可以将铅离子转化为不溶性的氢氧化铅和碳酸铅、硫化铅等沉淀，再进行分离，进而达到去除铅离子的目的。该方法的优点是：加入的沉淀剂来源广、价格便宜、加入量比较少、处理效果比较好、处理成本较低等，但存在着一定的缺点，例如：产生的大量的铅盐沉淀不易处理，还有可能产生硫化氢气体，易对环境造成二次污染、设备占地面积大、对污染物选择性较差、处理的废水量小等。

1.2.2 电解法

电解法主要是利用电流在溶液中流过，形成一个回路，从而使电极两端进行氧化还原反应的机理，这其中，电能转化成了化学能，电解过程是在电解池中进行的，用电解法除铅主要是在含铅废水中通入电流，废水中的铅离子会向阴极移动，被还原为单质铅附着在阴极的表面^[12]，降低了废水中的铅离子浓度，达到净化废水的目的。该法仍存在某些缺点，例如：电解法在处理容量较大的废水时会消耗大量的电能，金属电极和金属电极上面分离得到的沉淀物不好处理和二次利用，此外电解法主要是用于处理含铬离子和含氯根的废水和金属置换，再除铅方面效果不是特别好。而且现在在国内外，电解方法还不是很成熟，尚还处于研究阶段，在处理含有铅离子的废水时难度较大，需要我们进一步去解决^[13]。

1.2.3 膜分离法

膜材料具有选择性分离的功能，膜分离法的工作原理是在废水中加入一个具有选择性的透过膜通过重力或其他推动力，使废水中的铅透过膜，从而达到废水除铅的效果。膜分离可以分为：微滤、超滤、纳滤、反渗透等。膜分离法常用于处理高浓度含盐废水、城市垃圾渗透液、电泳涂漆废水等。膜分离具有以下特点：能耗低，能量转化率高，可在常温下进行，操作装置简单，可连续分离^[14]。

1.2.4 离子交换法

其原理为离子交换剂与废水中的铅交换，从而去除铅。可以用于废水中重金属离子的去除。可分为强酸性，弱酸性，强碱性，弱碱性离子交换剂。离子交换法具有操作简单、去除铅离子的效果好，不会对环境造成二次污染等，离子交换树脂使用寿命长等优点。缺点是一次性花费较多，成本较高等^[15]。

1.2.5 吸附法

吸附法是将吸附剂与废水中的铅离子充分接触，铅离子进入到吸附剂的孔道中，常用的吸附剂有：活性炭、粉煤灰、高岭土、沸石、金属氧化物（氧化铁等）、MOF材料（Cr-MIL-101、ZIF-8、氨基化改性的ED-MIL-101）等^[12]。作为一种经济实用的的除铅方法，被广泛使用。

1.2.6 生物法

生物法依靠微生物自身代谢，来降解废水中的有机物。首先需提供适于微生物生存，繁殖的环境氛围，使之可以大量生长和繁殖，来提高其氧化降解有机物的能力^[16-18]。通常分为好氧生物法、厌氧生物法、生物酶法。

相关图片展示：