文摘

藻酸钙颗粒掺杂肼sulphate-treated研究了赤泥作为从水中提取铅离子吸附剂使用批处理提取的方法。不同提取条件优化最大提取。删除大量的铅,吸附能力是138.6毫克/克。表面使用红外光谱表征、EDX和FESEM证实铅”到“吸附剂的表面。热力学参数、吸附等温线和吸附动力学进行了分析。吸附在性质和物理吸附是自发的。的发达可以使用0.1盐酸再生吸附剂。因此再生吸附剂可以用作吸附剂为进一步去除铅至少10倍,这使得从水中铅的完全删除重复使用再生吸附剂。方便简单的过滤的珠子。发达的方法成功地申请删除从工业废料的水域。

1。介绍

食用含有铅离子的水是有害的,据报道,它会引起各种疾病,如肾脏和神经系统问题,贫血,脑部出血,甚至死亡1,2]。最大容许极限是10磅(世卫组织),目前,零铅浓度的水域是首选(3]。此外,铅不能生物降解,因此,问题是放大的。

密集的调查正在进行的整个地球将铅从水和他们有一个或其他的缺点,接受的全球环保、经济、有效的方法仍是规避研究员。在这个比赛中,非常规的方法吸引研究人员。我们的研究小组已经开发了一些方法基于来自生物吸附剂去除各种污染离子如铬(VI) (4,5)、锌(6铝(III) [],7氟化),(8,9),亚硝酸盐(10),氨(11),磷酸(12),和染料(13从水。

赤泥是一种浪费产品从铝行业,正在调查和其吸附特性对各种污染物(14- - - - - -18]。对赤泥的使用在文献中铅的去除。HCl-activated发现赤泥的吸附容量6.207毫克/克4 pH值和其他最优提取条件(19]。发现氢peroxide-activated赤泥的吸附能力在pH值6(64.79毫克/克20.]。发现Heat-activated赤泥在700°C的吸附容量38.2毫克/克在pH值421]。赤泥混凝剂是用来去除铅离子在pH值7,和它的吸附能力是报告为98.695毫克/克(22]。Zirconium-treated细赤泥浸渍在Zn-alginate珠子(ZRMAB)从水中追究对磷酸盐的吸附性质,及其对磷酸盐的吸附能力被发现是13.64毫克/克的吸附剂23]。有机改性镁硅酸盐纳米复合材料还用于去除铅离子从水24]。

在这次调查中,一个吸附剂是由掺杂肼sulphate-treated赤泥在藻酸钙珠子,及其对铅离子吸附性质进行了研究。目前开发的吸附剂是发现有138.6毫克/克对铅吸附容量2 +离子,进一步,诱骗吸附剂的珠子促进简单的过滤。

2。材料和方法

2.1。化学物质

AR年级的化学物质,即硝酸铅、海藻酸钠、氯化钙、硝酸、盐酸、氢氧化钠、SD买来精细化学品pvt ltd .)和默克公司。双蒸馏水被用于制备的解决方案。

2.2。吸附剂

赤泥是来自韦丹塔铝业有限公司Utkal氧化铝,Lanjigarh炼油厂,Rayagada,奥里萨邦,生提出了赤泥的化学成分表1。

表1
赤泥的化学性质。
2.3。治疗

收集到的红泥样本反复用蒸馏水洗净,直到洗液中性pH值和干了两个小时在378 K。然后,赤泥是接地和渗到75µ。从而获得细赤泥混合1%硫酸肼解决方案1:2 (w / w)比例,最终的解决方案是煮2小时。然后,赤泥过滤,反复用双重蒸馏水洗净,干在热气球烤箱378 K了两个小时,然后储存在密封的彩色瓶进行进一步的工作。

2.4。固定化藻酸钙治疗细赤泥的珠子

100毫升的双重蒸馏水摄于250毫升烧杯,,3.0 g的海藻酸钠粉慢慢添加了连续搅拌在363 K温度和保持1000 rpm,直到解决方案是均匀的和明确的。然后,0.1 g的肼sulphate-treated赤泥被不断搅拌,慢慢加入和由此产生的混合物冷却到室温。然后,这个解决方案是一滴一滴地添加到过冷(−2°C) 2%氯化钙溶液通过维护统一大小的珠子。珠子从而形成过滤,反复删除任何剩余的CaCl用蒸馏水洗净2珠子,干在343 K,并存储在一个彩色的瓶子(图1)。

(一)
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图1
肼sulphate-treated藻酸钙珠子。(一)3.0%的海藻酸钠溶液。(b)处理赤泥和海藻酸钠的混合物。(c) Ca-alginate珠子掺杂对赤泥的形成。(d)干吸附剂(HRMCAB) 343 K用于调查。
2.5。表面特征

对吸附剂的图像(HRMCAB)被使用日立s - 3700 n SEM日立高新技术有限公司生产的仪器印度。放大从500年到15000年x和加速电压15000 V的维护,而以SEM图像,图像呈现在图2。

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图2
扫描电镜图像的吸附剂(HRMCAB)。(一)吸附剂的SEM图像前(左)和(右)后铅吸附分辨率500 x。(b)吸附剂的SEM图像(左)和前(后)后铅吸附分辨率3000 x。

红外光谱光谱HRMCAB(吸附前后)记录使用岛津制作所(8400年代)红外光谱分光光度计。光谱被记录采用溴化钾颗粒方法范围4000到500厘米−1在室温和光学分辨率为4(1 /厘米)。观察到的光谱呈现在图3。


图3
红外光谱谱的吸附剂(HRMCAB)。

EDX前后吸附剂吸附铅的频谱记录通过使用日立(s - 3700 - n) EDX探测器和呈现在图4。


图4
EDX光谱吸附剂(HRMCAB)吸附前后的铅。

采用pH值平衡法(25,26pH值),ZPC的吸附剂(HRMCAB)是由使用汉娜酸度计,模型HI2211-02,情节呈现在图5。


图5
pH值zpc吸附剂。
2.6。方法

批处理模式的提取采用(27- - - - - -29日]。100毫升100 mg / L领先解决方案是在250毫升锥形烧瓶和,不同数量的吸附剂(0.5到3 g)补充道。然后使用盐酸0.1米和0.1米,氢氧化钠的解决方案,调整到2到12个小灵通,使用轨道和锥形烧瓶动摇瓶在300转240分钟在303 K。完成后需要时间,锥形烧瓶被移除,他们的内容过滤。剩下的铅2 +离子溶液中被原子吸收光谱分析(AA 500)等不同的参数测量方法:火焰吸收波长:217.00 nm,狭缝:0.4 nm,高电压:416.25 V,灯电流:5.0 mA和燃料流量:1200毫升/分钟。

去除铅和铅吸附量百分比计算通过使用下列方程。

吸附量: 去除百分比: 在哪里C我是初始铅2 +浓度(毫克/升),Ce是铅2 +在平衡浓度(毫克/升),VPb的体积吗2 +解决方案(模拟)在升,米在克吸附剂的质量。

采用同样的程序在寻找各种理化参数的影响在Pb的提取2 +“到”HRMCAB的表面。这项研究的结果发表在数字1- - - - - -9和表2- - - - - -4。


图6
电子图像的吸附剂(HRMCAB)之前和之后的铅吸附。

图7
pH值对吸附铅的影响。

图8
接触时间对吸附铅的影响。

图9
吸附剂用量对吸附铅的影响。
表2
领导HRMCAB吸附的热力学参数。
表3
吸附参数。
表4
吸附动力学参数。

3所示。结果与讨论

原始的赤泥成分提出了表1。主要由氧化铝、氧化铁、SiO2,Na2啊,曹,P和诉的痕迹赤泥处理硫酸肼与掺杂在藻酸钙珠子。从而获得珠子(HRMCAB)的特点,研究了其对铅离子吸附性质。结果列在下面。

3.1。HRMCAB表征
3.1.1。对其

FESEM吸附剂的图像(HRMCAB)前后平衡指出,呈现在图2。它可以观察到在SEM图像吸附剂表面有很多气孔,边缘,蛀牙,在平衡和角落。此外,一些结晶聚合物存在,表明不同矿物阶段如三水铝矿、针铁矿和赤铁矿。

平衡后的吸附剂与含有铅离子的水,有一个显著的变化对扫描电镜照片。毛孔和腔堵塞,边缘消失了,和相位边界模糊。此外,一些闪亮的补丁出现了。所有这些吸附剂的表面特性的变化表明,铅”到“吸附剂的表面。

此外,电子图像呈现在图6还表明,在吸附剂表面的铅是礼物。

3.1.2。红外光谱

吸附剂的红外光谱谱(铅)的吸附前后呈现在图3。

乐队与拉伸-哦组硅醇组和吸附水出现在3445厘米−1作为吸附前宽带频谱。吸附后的光谱,这个乐队转移到3429厘米−1。-哦被分配到的弯曲振动峰值为1624厘米−1在吸附前后的光谱,和他们的立场没有变化。峰值为1020厘米−1和526厘米−1在这两种光谱可以分配给Al-O-Si(对称),Si-O-Si(不对称),和Fe-O伸展振动。谱峰的激烈的差异之前和之后吸附铅的外观可以看到一个密集的乐队在2356厘米−1和小峰在1321厘米−1和817厘米−1吸附后的光谱。这些特征表明,铅”到“吸附剂的表面(HRMCAB)。

3.1.3。谱谱

EDX光谱的吸附剂(HRMCAB)铅吸附前后呈现在图4。光谱中铅的存在峰值之后吸附平衡和它没有成功吸附铅离子进行吸附表明之前”到“吸附剂的表面(HRMCAB)。

3.2。各种物理化学参数的影响

吸附剂的吸附能力对Pb (HRMCAB)2 +研究使用模拟水含铅2 +和不同的不同的物理化学条件,即pH值、平衡时间、吸附剂用量、初始铅2 +浓度、温度、和干扰同离子。获得的结果列在下面。

3.2.1之上。pH值的影响

行为的吸附剂(HRMCAB)对铅离子主要取决于解决方案博士因此,通过改变pH值从2.0到12.0,铅的最佳pH值成功删除了在保持其他条件提取的理想水平,即吸附剂用量:20 g / L,搅拌时间:180分钟,转速:300年,初始浓度:100 mg / L,和温度:303 K。结果呈现在图7。

从图可以看出7最大的铅2 +在某种程度上91.5%的可以删除在pH值6。但是,随着pH值增加到8,10,12,%下降到86.8%,83.4%,和78.2%,分别。但是,随着pH值下降到4和2,%去除却降低了78.6%和62.5%,分别。可以看出,在酸性pH值,%去除的秋天比基本方面更为明显。这些观察可以解释观点的pH值ZPC和Pb的物种形成2 +离子在不同的小灵通。从图5,我们可以推断,pHZPC是5.8,因此,在这个pH值,没有离子推力HRMCAB表面上盛行。下面这个pH值,表面羟基的质子化作用HRMCAB发生,从而传授+表面电荷。导致物种在酸性条件下是Pb2 +,它是一种阳离子,与H+离子被吸附到吸附剂的表面上。当H+铅离子更容易2 +不吸附,因此,%去除较少。在另一方面,pH值大于6,吸附剂的表面获得−电荷。但铅在pH值高于8是一个阴离子PbO的形式22−。因此,消极的表面电荷会击退PbO22−,因此,%去除却降低了。发现最大%去除pH值6当中性条件说服吸附剂的表面和铅在阳离子物种形成。

3.2.2。接触时间

%去除铅在不同时间间隔图所示8。从图可以看到,提取铅从58.4%增加到91.5%,直到它达到稳态值与增加时间180分钟。达到平衡状态后,%去除仍然几乎不变,即使搅拌时间增加到240分钟。最初,快速吸附的发生是由于可用性空网站。但随着时间的增加,空网站使用,因此,去除慢了下来。

3.2.3。吸附剂用量

%的变化随着剂量的增加吸附剂去除研究当所有其他提取条件保持在最佳水平。结果呈现在图9。它可以指出,随着剂量的增加从0.5克到2.0 g的珠子/ 100毫升,%去除从61.5%上升到91.5%,但在那之后,%去除保持不变。最优用量为2.0 g / 100毫升(珠而言)。

3.2.4。最初的铅2 +浓度

通过改变初始浓度的铅2 +从25 mg / L到200 mg / L,但所有其他提取条件保持在最佳水平,铅的影响2 +初始浓度对铅的提取2 +是调查。结果呈现在图10。它可以从图推断Pb2 +从25 mg / L浓度增加到200 mg / L %去除从100.0%降低到57.0%。


图10
初始浓度对吸附铅的影响。

在低浓度的铅离子的结合位点的吸附剂(HRMCAB)更重要的是,因此,提取铅离子。吸附剂的固定量,只有一定数量的吸附网站可用,因此,随着铅离子初始浓度的增加,有多个竞争吸附的网站,这导致减少%去除。

3.2.5。同离子

常见的干扰同离子在水中(5倍)对铅的吸附2 +研究,结果中描述的数据吗(11日)和11 (b)。

(一)
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图11
(一)干扰离子对吸附铅的影响。(b)干扰离子对吸附铅的影响。

可以看出在co-cations铜的干扰秩序2 +>铁3 +>锌2 +> Ca2 +>毫克2 +。阴离子的干扰在Cl的顺序−>所以42−>没有3−>阿宝43−> HCO3−。

3.2.6。热力学参数

的影响温度对提取Pb的%2 +研究通过增加10 K的温度区间在303 - 333 K范围,同时保持其他条件提取的最优水平,即pH值:6,接触时间:180分钟,初始浓度的铅:100 mg / L, rpm: 300年,和吸附剂用量:20 g / L。结果提出了数字12(一个)和12 (b)和表2。提取的%是发现从91.5%上升到99.5%,从303年到333 K温度升高。

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图12
(一)干扰温度对吸附铅的影响。(b)干扰离子对吸附铅的影响。

热力学参数,即焓变化(∆H)(焦每摩尔),熵变(∆年代),(∆自由能变化G)(焦每摩尔),评估在不同的温度下使用方程 ,在哪里Ce铅离子的平衡浓度的解决方案,问e吸附吸附物Pb的数量吗2 +,Kd吸附的分布系数,R是气体常数,T开尔文的绝对温度按照文献[30.,31日]。展示在表获得的值2。

积极的ΔH值(79.656)表明吸附过程的吸热和物理吸附性质。负ΔG值反映了吸附的本质是自发的。此外,“+”Δ的价值年代反映了随机性增加边界的固体和液体的平衡导致更多的吸附铅离子。

3.3。吸附等温线

弗伦德里希(32),朗缪尔(33],Temkin [34],Dubinin-Radushkevich [35]研究了吸附平衡模型相关文献中所述理解吸附的性质和模式。

弗伦德里希模型使用的线性方程 朗缪尔模型 ,在哪里Ce,n,问e吸附容量(毫克/ g),经验参数,Pb和数量2 +吸附,分别kl和一个l朗缪尔常量。结果提出了数字(13日)和13 (b)和表3。无量纲的分离因子(Rl使用公式计算) (36]。Rl值表明吸附的性质:Rl= 1,线性;Rl> 1,不利;Rl= 0,不可逆转;和0 <Rl< 1,有利。的Rl值的平衡系统被发现是在0和1之间(表3),这表明,铅离子吸附到表面的HRMCAB表示支持。

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图13
(一)弗伦德里希吸附等温式。(b)朗缪尔吸附等温式。(c) Temkin吸附等温式。(d) Dubinin-Radushkevich吸附等温式。

的R2弗伦德里希模型和朗缪尔模型的值是0.9662和0.9996,分别。这意味着更容易接受朗缪尔吸附等温式模型,表明吸附剂的齐次性质和铅在HRMCAB表面的单层的形成。

此外,Temkin和Dubinin-Radushkevich等温线分析平衡过程中也使用。Temkin方程使用 ,在哪里一个是Temkin等温线常数(L / g),B吸附热(J /摩尔),bTemkin等温线是常数,T温度(k),R气体常数。

Dubinin-Radushkevich方程的线性形式 ,在哪里 ,β是能量不变,然后呢问米是Dubinin-Radushkevich单层吸附能力(摩尔/ g)。并给出了这两个等温线线性块数据13 (c)和13 (d),并给出了相关系数和等温常数在桌子上3。通过使用公式E= 1 / Temkin等温线的斜率常数,吸附热(B)和平均自由能源(E)计算。作为E是< 8焦每摩尔(即。0.408),B是< 20焦每摩尔(即。,12。701), the mechanism of adsorption is “physisorption” in nature, that is, nonspecific adsorption attributed to the weak Van der Waals forces between HRMCAB and lead ions.

3.4。吸附动力学

吸附动力学进行了分析通过使用准一顺序: (37),pseudo-second顺序: (38),Bangham孔隙扩散模型: (39,和Elovich方程: (40]。这项研究的结果发表在数字(14日)- - - - - -14 (d)和表4。相关系数值(R2按照以下顺序)发现:pseudo-second订单(0.9934)> Bangham孔隙扩散模型(0.9768)> Elovich模型(0.9654)(0.8373)>准一订单。因此,pseudo-second-order模型更适合解释吸附过程。

(一)
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图14
(一)符合一级动力学。(b) Pseudo-second-order动力学。(c) Elovich模型。(d) Bangham孔隙扩散模型。
3.5。应用程序

目前工作中所开发的方法应用于含铅工业的废水样品收集。这项研究的结果发表在表5。从表中可以推断出来,大量的铅可以删除从工业样品。

表5
铅浓度(前后)的样本(样本从含铅工业的废水收集在安得拉邦,印度)。
3.6。比较

吸附剂的吸附能力开发相比,这项工作是对各种迄今为止在文献中报道的吸附剂如表所示6。可能推断,目前开发的吸附剂具有良好的吸附能力比许多吸附剂的发展到目前为止,进一步,固定的联氨sulphate-treated红泥藻酸钙珠子呈现过滤容易。

表6
的最大吸附容量的比较文学与其他吸附剂的吸附剂。
3.7。再生和重用

不同的浸出剂提取铅的吸附剂,0.1 HCl是发现是好的,因此采用这项工作。

吸附剂的再生的数量,因此再生吸附剂用于铅的去除。获得的结果呈现在图15。发现,随着再生的数量增加,吸附自然减少。但即使有十再生吸附剂,Pb2 +成功地转移到84.3%的程度。因此,通过重复使用再生吸附剂,铅可以完全从水样在舒适的自然水pH值6。这表明目前的开发方法是成功的。


图15
数量的再生和%去除。

4所示。结论

肼sulphate-activated赤泥在藻酸钙掺杂珠子(HRMCAB)准备和被用作吸附剂从水中提取铅离子通过优化各种理化参数。批处理采用的提取方法。91.5%的铅是发现从模拟水pH值6,吸附剂用量0.066 g的红泥(HRMCAB珠子的掺杂在2.0 g) / 100毫升,搅拌时间为180分钟,初始浓度的100 mg / L, 300 rpm, 303 K温度。HRMCAB的吸附容量是138.63毫克/克。订单的co-cations是铜的干扰2 +>铁3 +>锌2 +> Ca2 +>毫克2 +而阴离子干涉Cl−>所以42−>没有3−>阿宝43−> HCO3−。

表面形态的研究采用红外光谱、FESEM和EDX确认铅是吸附剂的表面上。通过评估热力学参数,推断,吸附过程是自发的,在自然界中“物理吸附”。

在分析不同的吸附等温线、吸附遵循Langamuir等温线模型,从而确定齐次吸附剂表面和单层的形成。此外,吸附动力学分析采用各种模型,并观察到,它遵循pseudo-second秩序R2= 0.9934。

通过固定活化赤泥的珠子,过滤过程是由简单。连续再生的吸附剂为0.1 M盐酸没有明显影响吸附剂的吸附性质。即使在10的吸附剂的再生周期,大量的铅是迁到83.4%的程度。因此,通过重复使用相同的吸附剂,它从水中去除铅完全是可能的。此外,固定活化赤泥的珠子了简单的过滤。发达的方法成功地申请删除从工业废料的水域。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者感谢环境与森林部(MOEF),新德里,发放项目名为“赤泥作为吸附剂去除污染物”(文件号19/16/2014-RE),下的财政援助,这个工作已经开展。