專利名稱：：梧桐葉在吸附重金屬離子中的應(yīng)用及使用梧桐葉吸附重金屬離子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及梧桐葉在吸附重金屬離子中的應(yīng)用及使用梧桐葉吸附重金屬離子的方法。
背景技術(shù)：
：鉛和汞等重金屬是工業(yè)界經(jīng)常使用的元素。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)廢水中的重金屬離子污染變得日益嚴(yán)重。其可溶性鹽隨著污水的排放而使得自然界中的海洋、江河、農(nóng)田等備受污染，如不加以控制，就會(huì)威脅到人類的健康和生存。國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)也明文規(guī)定含鉛廢水的排放為總鉛含量小于lmg/L，，總汞含量小于0.05mg/L。農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為總鉛含量小于0.lmg/L，總汞含量小于0.001mg/L.因而，消除重金屬離子污染成為當(dāng)務(wù)之急。吸附法在含鉛汞等的重金屬離子污染中顯示出了較高的研究價(jià)值。尤其適用于沉淀法、電化學(xué)處理法等處理之后的微量中金屬離子的深度處理，使其達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn)乃至灌溉標(biāo)準(zhǔn)。吸附法的優(yōu)劣關(guān)鍵在于吸附劑。成本低廉性能優(yōu)異的吸附劑是研究者追求的終極目標(biāo)。在眾多的吸附劑中，天然吸附劑有作成本低廉的先天優(yōu)勢，在吸附劑領(lǐng)域占有一席之地。然而，多數(shù)天然吸附劑需要經(jīng)過冗長的化學(xué)改性，才能達(dá)到使用要求，這無疑增加了制造成本，給其低廉性大打折扣。如許多生物吸附劑核桃殼[Vaghetti，J.C.P.，Lima,E.C.，Royer，B.，daCunha，B.M.，Cardoso,N.F.，Brasil，J.L，Dias，S.LP.PecannutshellasbiosorbenttoremoveCu(II)，Mn(II)andPb(II)fromaqueoussolutions.J.Hazard.Mater.2009，162，270-280.]，^蘋枝條[SouthichakB.H.，NakanoK.，NomuraM.，ChibaN.，Nishimura0.Phragmitesaustralis:Anovelbiosorbentfortheremovalofheavymetalsfromaqueoussolution.WaterRes.，2006，40(12):2295-2302.]和煙草莖[Li，W.，Zhang，LB.，Peng，J.H.，Li，N.，Zhang，S.M.，Guo，S.H.TobaccostemsasalowcostadsorbentfortheremovalofPb(II)fromwastewater-Equilibriumandkineticstudies.InchCropsProd.2008，28，294-302]等，用于對(duì)Pb(II)，Cr(VI)，Cu(II)，Mn(II)，andCd(II)等的吸附。最近芒果皮[IqbalM.，SaeedA.，ZafarS.I.FTIRspectrophotometry,kineticsandadsorptionisothermsmodeling,ionexchange,andEDXanalysisforunderstandingthemechanismofCd2+andPb2+removalbymangopeelwaste.J.Hazard.Mater.2009，164，161-171]禾口橘子皮[Lugo-Lugo，V.，Hernc5ndez—L6pez，S.，Barrera—Diaz，C.，Urefia-Niifiez,F.，Bilyeu，B.Acomparativestudyofnatural,formaldehyde-treatedandcopolymer_graftedorangepeelforPb(II)adsorptionunderbatchandcontinuousmode.J.Hazard.Mater.2009，161，1255-1264.]也用于重金屬離子吸附劑。然而，這些吸附劑的吸附容量有限，且針對(duì)汞離子和鉛離子的高性能吸附劑不多。況且，有些吸附劑還需要甲醛等化學(xué)改性才能獲得較好的吸附性會(huì)g[Lugo_Lugo，V.，Hernc5ndez-L6pez，S.，Barrera-Diaz，C.，Urefia-Niifiez，F(xiàn).，Bilyeu，3B.Acomparativestudyofnatural,formaldehyde—treatedandcopolymer-graftedorangepeelforPb(II)adsorptionunderbatchandcontinuousmode.J.Hazard.Mater.2009，161，1255-1264]，這無形中有增加了新的污染。實(shí)際上一些含有特征吸附官能團(tuán)-SH，-NH2和-NH的合成類吸附劑也存在同樣問題[JiC.N.，QuR.J.，SunC.M.，etal.PreparationandadsorptionselectivityforHg(II)andAg(I)ofchelatingresinimmobilizingbenzothiazolylgrouponcrosslinkedpolystyreneviahydrophilicsulfur-containingPEGspacer[J]J.A卯l.Polym.Sci.，2006，100:5034-5038.].因此，發(fā)展與尋求綠色高性價(jià)比的重金屬離子吸附劑在環(huán)保意識(shí)日益增強(qiáng)的當(dāng)今社會(huì)具有重要意義。本專利著眼于天然廢棄物，本著變廢為寶的理念，將自然飄落的梧桐葉用于含重金屬離子的廢水的處理，試圖尋求一種來自自然界的并無需特殊處理的物質(zhì)，將其用作中金屬離子吸附材料。并且在實(shí)際真實(shí)水樣中有效發(fā)揮其重金屬離子吸附功能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的主要是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供梧桐葉在吸附重金屬離子中的應(yīng)用及使用梧桐葉吸附重金屬離子的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)梧桐葉在吸附重金屬離子中的應(yīng)用，如將梧桐葉用作重金屬離子吸附劑，或利用梧桐葉吸附廢水中的重金屬離子，或者利用梧桐葉選擇性吸附溶液中的重金屬離子。其中，所屬的重金屬離子選自鉛離子或汞離子。其中，所述的重金屬離子以可溶性鹽或微溶性鹽的形式存在，如硝酸鹽、鹵鹽等。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種使用梧桐葉吸附重金屬離子的方法，將梧桐葉用去離子水洗滌，干燥，破碎后加入重金屬離子溶液中。梧桐葉吸附重金屬的離子的溫度只需常溫即可，溫度變化對(duì)吸附率略有影響，吸附率在3(TC左右可達(dá)峰值。因此常溫條件下，如保持溶液溫度為05(TC均可，優(yōu)選20-50°C。將梧桐葉加入重金屬離子溶液后，可不必調(diào)節(jié)溶液的pH值。較佳的，將梧桐葉加入重金屬離子溶液后，控制PH值為酸性，優(yōu)選的，控制pH值為3-6。利用梧桐葉吸附重金屬離子，對(duì)重金屬離子初始濃度沒有特殊要求，隨著重金屬離子的初始濃度的增加，單位重量梧桐葉的吸附容量會(huì)逐漸增加直至飽和。一般而言，重金屬離子的初始濃度范圍為0.42428000mg/L。將梧桐葉加入重金屬離子溶液后，梧桐葉即刻開始吸附重金屬離子，隨著時(shí)間的增加，吸附量逐漸增加，最終達(dá)到平衡。一般而言可控制吸附時(shí)間為10分鐘-6小時(shí)。本發(fā)明所述的梧桐葉吸附重金屬離子的方法，采用靜態(tài)吸附法(或稱批次法)，其吸附率的檢測步驟如下使用梧桐葉吸附重金屬離子后，過濾，濾液中殘留的重金屬離子濃度采用EDTA絡(luò)合滴定法，然后按照(1)式計(jì)算吸附劑的吸附率，按照(2)式計(jì)算重金屬離子的吸附容量?！?(C。-C)xl00%(1)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>g=^——^~(2)『Q:重金屬離子的吸附容量(mg/g);q:重金屬離子吸附百分率；C。初始重金屬離子濃度(mg/L);C:吸附后殘留重金屬離子濃度(mg/L);V:含重金屬離子溶液體積(mL);W:加入梧桐葉的重量(g)。根據(jù)梧桐葉吸附一定濃度的重金屬離子時(shí)吸附率和吸附容量隨吸附時(shí)間的變化，可繪制出吸附率和吸附容量隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線，由此獲得的平衡時(shí)間可表征吸附劑對(duì)重金屬離子的吸附快慢程度。本發(fā)明的有益效果梧桐葉是秋后自然脫落的天然廢棄物，本發(fā)明采用其作為廢水中鉛和汞的吸附劑。與其他天然吸附劑相比，梧桐葉無需特殊預(yù)處理，成本低廉，操作簡單，易于與水體分離。梧桐葉在常溫下就對(duì)有毒的重金屬離子尤其是鉛離子具有優(yōu)良的吸附性能，短時(shí)間即可達(dá)到吸附平衡。處理低濃度的含鉛廢液時(shí)，吸附率最高可達(dá)99.9%，吸附容量最高可達(dá)188mg/g。綜合考慮原料成本，處理成本和吸附性能，梧桐葉吸附劑具有很大的潛在實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明可應(yīng)用于電鍍工業(yè)、塑料工業(yè)、電子工業(yè)、混汞煉金、礦山開采等排放的含鉛和汞的廢水的處理。梧桐葉對(duì)金屬離子還具有選擇吸附性能，在營養(yǎng)金屬離子共存水樣中，梧桐葉對(duì)鈣，鎂等營養(yǎng)離子吸附率較低同時(shí)仍能保持極高的重金屬離子吸附率，加上梧桐葉本身無毒，所以也可用于營養(yǎng)液制造行業(yè)中。圖1為實(shí)施例1-5所測得的吸附溫度對(duì)鉛離子吸附性能的影響圖；圖2為實(shí)施例18-23所測得的吸附時(shí)間對(duì)鉛離子吸附性能的影響圖；圖3為實(shí)施例37-40所測得的初始汞離子濃度對(duì)汞離子吸附性能的影響圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明實(shí)施例15取200mg梧桐葉投入0°C、初始濃度為200mg/L的25mL硝酸鉛溶液中攪拌吸附2小時(shí)，濾紙過濾后，用EDTA絡(luò)合滴定法滴定濾液中殘留鉛離子含量，結(jié)果表明，此種狀況下吸附率為56.9%，吸附容量為14.23mg/g。同樣條件下，改變吸附溫度分別為10°C、20°C、30°C、50°C，所得吸附率分別為71.3%、80.4%、90.4%、85.2%，吸附容量為17.8mg/g、20.lmg/g、22.6mg/g、21.3mg/g。數(shù)據(jù)詳見表1。表1吸附溫度對(duì)鉛離子吸附性能的影響5<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例612取200mg梧桐葉投入pH二1.5、30°C、初始濃度為200mg/L的25mL硝酸鉛溶液中攪拌吸附2小時(shí)，濾紙過濾后，用EDTA絡(luò)合滴定法滴定濾液中殘留鉛離子含量，結(jié)果表明，此種狀況下吸附率為38.2%，吸附容量為9.55mg/g。同樣條件下，改變?nèi)芤簆H值分別為2.2、2.67、3.04、3.92、5.04、5.78，所得吸附率分別為42.1%、62.3%、75.6%、83.7%、90.4%、89.2%，吸附容量分別為10.53mg/g、15.58mg/g、18.9mg/g、20.93mg/g、22.6mg/g、22.3mg/g。數(shù)據(jù)詳見表2。表2鉛離子溶液的pH對(duì)鉛離子吸附性能的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例1317取50mg梧桐葉投入30°C、初始濃度為200mg/L的25mL硝酸鉛溶液中攪拌吸附2小時(shí)，濾紙過濾后，用EDTA絡(luò)合滴定法滴定濾液中殘留鉛離子含量，結(jié)果表明，此種狀況下吸附率為58.1%，吸附容量為58.lmg/g。同樣條件下，改變吸附劑用量時(shí)間分別為lOOmg、200mg、300mg、500mg，所得吸附率分別為74.6%、90.4%、91%、92.5%，吸附容量分別為37.3mg/g、22.6mg/g、15.2mg/g、9.25mg/g。數(shù)據(jù)詳見表3。由此可得到用梧桐葉吸附初始鉛離子濃度200mg/L的鉛離子，當(dāng)梧桐葉用量為500mg時(shí)，吸附率達(dá)到最大值92.5%。表3吸附劑用量對(duì)鉛離子吸附性能的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例1823取200mg梧桐葉投入30°C、初始濃度為200mg/L的25mL硝酸鉛溶液中攪拌吸附10分鐘，濾紙過濾后，用EDTA絡(luò)合滴定法滴定濾液中殘留鉛離子含量，結(jié)果表明，此種狀況下吸附率為56.8%，吸附容量為14.2mg/g。同樣條件下，改變吸附時(shí)間分別為20分鐘、30分鐘、60分鐘、120分鐘、240分鐘，所得吸附率分別為72.4%、87.6%、89.6%、90.4%、90.6%，吸附容量分別為18.lmg/g、21.9mg/g、22.4mg/g、22.6mg/g、22.65mg/g。數(shù)據(jù)詳見表4。由此可得到梧桐葉吸附初始鉛離子濃度200mg/L的鉛離子時(shí)平衡吸附時(shí)間為60分鐘。表4吸附時(shí)間對(duì)鉛離子吸附性能的影響吸附時(shí)間(min)吸附率(％)吸附容量(rag/g)1056.814.22072.418.13087.621.96089.622.412090.422.624090.622.65實(shí)施例2432取200mg梧桐葉投入30°C、初始濃度為50mg/L的25mL硝酸鉛溶液中攪拌吸附2小時(shí)，濾紙過濾后，用EDTA絡(luò)合滴定法滴定濾液中殘留鉛離子含量，結(jié)果表明，此種狀況下吸附率為95.8%，吸附容量為5.99mg/g。同樣條件下，改變所處理的硝酸鉛溶液的初始濃度分別為100mg/L，200mg/L，500mg/L，1000mg/L，2500mg/L，3000mg/L，5000mg/L，8000mg/L，用電感耦合等離子發(fā)射光譜ICP檢測濾液中殘留鉛離子含量，結(jié)果表明，此種狀況下吸附率分別為93.9%，90.4%，80.9%，67.3%，50.9%，50.1%，30%，18.9%，吸附容量分別為11.74mg/g，22.6mg/g，50.56mg/g，84.13mg/g，159.lmg/g，187.9mg/g，187.5mg/g，187mg/g。數(shù)據(jù)詳見表5。表5初始鉛離子濃度對(duì)鉛離子吸附性能的影響濃度(mg/L)吸附率(％)吸附容量(mg/g)5095.85.9910093.911.7420090.422.650080.950.56100067.384,13250050.9159,1300050.1187,9500030187.5800018.9187實(shí)施例3336取300mg梧桐葉投入30°C、初始濃度為200mg/L的25mL硝酸汞溶液中攪拌吸附2小時(shí)，濾紙過濾后，用EDTA絡(luò)合滴定法滴定濾液中殘留汞離子含量，結(jié)果表明，此種狀況下吸附率為54.3%，吸附容量為9.lmg/g。同樣條件下，改變吸附時(shí)間分別為4小時(shí)、6小時(shí)、12小時(shí)，所得吸附率分別為69.9%、78%、77.8%，吸附容量分別為11.7mg/g、13mg/g、13mg/g。數(shù)據(jù)詳見表6。由此可得到梧桐葉吸附初始汞離子濃度200mg/L的鉛離子時(shí)平衡吸附時(shí)間為6小時(shí)。表6吸附時(shí)間對(duì)汞離子吸附性能的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)施例3740取300mg梧桐葉投入30°C、初始濃度為lmg/L的25mL硝酸汞溶液中攪拌吸附6小時(shí)，濾紙過濾后，用EDTA絡(luò)合滴定法滴定濾液中殘留汞離子含量，結(jié)果表明，此種狀況下吸附率為83.6%，吸附容量為0.7mg/g。同樣條件下，改變所處理的硝酸汞溶液的初始濃度分別為20mg/L，50mg/L，200mg/L，用電感耦合等離子發(fā)射光譜ICP檢測濾液中殘留鉛離子含量，結(jié)果表明，此種狀況下吸附率分別為82.3%，80.9%，78%，吸附容量分別為1.4mg/g，3.4mg/g，13mg/g。數(shù)據(jù)詳見表7。表7初始汞離子濃度對(duì)汞離子吸附性能的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)施例41取黃浦江支流走馬塘之水，用濾紙過濾3-4遍以除去河水中的固體雜質(zhì)，獲得澄清水樣。吸取25mL該水樣加入燒杯，置于3(TC水浴中。加入200mg梧桐葉，攪拌吸附2小時(shí)，濾紙過濾后，用電感耦合等離子發(fā)射光譜ICP檢測濾液中殘留離子含量，結(jié)果表明，河流中原來存在的痕量鉛離子經(jīng)一次吸附處理后可以達(dá)到0.0189mg/L，達(dá)到國家灌溉水標(biāo)準(zhǔn)(GB5084-92)和國家養(yǎng)魚業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(GB11607-89)。同時(shí)梧桐葉對(duì)f丐、鎂、鐵等離子基本不吸附，不影響水的硬度和營養(yǎng)。具體數(shù)據(jù)詳見表8。表8用梧桐葉處理黃浦江支流走馬塘河流水結(jié)果金屬離子初始離子濃度(mg/L)吸附后離子濃度(mg/L)吸附率(%)Ca(II)21.7518.7114.0Mg(II)11,2710.0111.2Pb(II)0.42420.018995.5Cu(II)0,13850.101726.6Fe(m)&Fe(n)0.19190.131231.6實(shí)施例42取復(fù)旦大學(xué)印刷廠廢水，用濾紙過濾3-4遍以除去廢水中的油污，獲得澄清水樣。吸取25mL該水樣加入燒杯，置于3(TC水浴中。加入200mg梧桐葉，攪拌吸附2小時(shí)，濾紙過濾后，用電感耦合等離子發(fā)射光譜ICP檢測濾液中殘留離子含量，結(jié)果表明，廢水中的濃度為6.796mg/L的鉛離子經(jīng)一次吸附處理后可以降低到0.1088mg/L，達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978)。吸取25mL經(jīng)一次處理過的樣品，加入200mg梧桐葉，按上述條件重復(fù)處理一次。經(jīng)二次吸附后，鉛離子濃度降低到0.0054mg/L，達(dá)到國家養(yǎng)魚業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(GB11607-89)和生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749)。同時(shí)梧桐葉對(duì)鈣、鎂、鐵等離子基本不吸附，不影響水的硬度和營養(yǎng)。具體數(shù)據(jù)詳見表9。表9用梧桐葉處理復(fù)旦大學(xué)印刷廠廢水結(jié)果金屬離初始離子一次吸附后離子一次吸附率二次吸附后離子二次吸附率子濃度(mg/L)濃度(mg/L)(%)濃度(mg/L)(%)Ca(II)15.0113.818.012.7714.9Mg(n)6.7566.1818.55.96011.8Pb(II)6.7960.108898.40.005499.9Cu(II)0.04900.04674.70.042613.1Fe(III)&Fe(II)0.17360,136121.60.112935.0上述實(shí)施例僅用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，并不構(gòu)成對(duì)權(quán)利要求范圍的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的其他替代手段，均在本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)。9權(quán)利要求梧桐葉在吸附重金屬離子中的應(yīng)用。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梧桐葉在吸附重金屬離子中的應(yīng)用，其特征在于，所述的重金屬離子選自鉛離子或汞離子。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梧桐葉在吸附重金屬離子中的應(yīng)用，其特征在于，所述的重金屬離子以可溶性鹽或微溶性鹽的形式存在。4.如權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的梧桐葉在吸附重金屬離子中的應(yīng)用，其特征在于，將梧桐葉用作重金屬離子吸附劑，或利用梧桐葉吸附廢水中的重金屬離子，或者利用梧桐葉選擇性吸附溶液中的重金屬離子。5.—種使用梧桐葉吸附重金屬離子的方法，其特征在于，將梧桐葉用去離子水洗滌，干燥，破碎后加入重金屬離子溶液中。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的使用梧桐葉吸附重金屬離子的方法，其特征在于，將梧桐葉加入重金屬離子溶液后，保持溶液溫度為050°C。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的使用梧桐葉吸附重金屬離子的方法，其特征在于，重金屬離子初始濃度范圍為0.42428000mg/L。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的使用梧桐葉吸附重金屬離子的方法，其特征在于，將梧桐葉加入重金屬離子溶液后，吸附10分鐘以上。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的使用梧桐葉吸附重金屬離子的方法，其特征在于，將梧桐葉加入重金屬離子溶液后，控制溶液pH值為酸性。10.如權(quán)利要求5-9中任一權(quán)利要求所述的使用梧桐葉吸附重金屬離子的方法，其特征在于，所述的重金屬離子選自鉛離子或汞離子。全文摘要本發(fā)明公開了梧桐葉在吸附重金屬離子中的應(yīng)用及使用梧桐葉吸附重金屬離子的方法。本發(fā)明的使用梧桐葉吸附重金屬離子的方法，為將梧桐葉用去離子水洗滌，干燥，破碎后加入重金屬離子溶液中。本發(fā)明采用梧桐葉作為廢水中鉛和汞的吸附劑。與其他天然吸附劑相比，梧桐葉無需特殊預(yù)處理，成本低廉，操作簡單，易于與水體分離。梧桐葉在常溫下就對(duì)有毒的重金屬離子尤其是鉛離子具有優(yōu)良的吸附性能，短時(shí)間即可達(dá)到吸附平衡。綜合考慮原料成本，處理成本和吸附性能，梧桐葉吸附劑具有很大的潛在實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。文檔編號(hào)C02F1/28GK101723480SQ20091019933公開日2010年6月9日申請(qǐng)日期2009年11月25日優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日發(fā)明者李斐然,李舒,黃美榮申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)