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吸附铅离子在自然和修改埃及稻壳:动力学和等温平衡研究

*通讯作者:

里奇- NS,水污染研究部门、国家研究中心、El-Behooth街Dokki,吉萨12622年,埃及,电话:+ 002 0128 455 7301;电子邮件:nabilaammar@yahoo.com

文摘

摆脱Pb (II)废水由几个廉价丰富的吸附剂进行了研究。自然大米外壳(RH),修改与草酸(RH-H +)和氢氧化钠(RH-OH -),用于各种吸附剂/金属离子比率。pH值的影响,接触时间、吸附剂剂量和LD乐动体育官网初始铅(2)浓度参数进行了研究。结果表明,平衡时间获得了60分钟。三种动力学模型被应用于动力学吸附数据;准一阶模型,pseudo-second秩序和intraparticle扩散模型。获得的数据是类似pseudo-second秩序动能如图所示的相关系数,0.998,0.995和0.998,RH RH-H +和RH-OH——分别。平衡吸附数据服从朗缪尔和弗伦德里希等温线模型最大吸附容量为10.78毫克/克,12.5毫克/克和51.54毫克/克,RH RH-H +和RH-OH——分别。从Dubinin-Radushkevich (dr)等温线模型,吸附的价值能源获得显示,反应的机理是物理吸附。表面吸附过程验证是一种表面现象进行x射线衍射(XRD)分析。

关键字

稻壳;吸附;重金属离子;再生;动能;等温线模型

介绍

的环境污染是人类面临的最重要问题之一。在过去的几年里,增加了生物和达到令人担忧的水平(1]。由于有毒重金属水污染是一个关注的主要原因。铅的存在会引起中枢神经系统损害,肾脏,生殖系统和肝脏。有毒的症状是失眠、贫血、头痛、易怒、肌肉软弱,肾损害(2]。这样的重金属可以通过物理和化学处理过程从未经处理的污水作为有机化合物共同沉淀,sedimenta-tion悬浮物和活性污泥絮体在微生物过程(3]。的大米外壳(RH)是一种多孔,笨重,光材料,和的副产品大米铣削的行业。它包含石英(95.81%)、木质素(22%)、半纤维素(20%),和纤维素(42%),使其适用于金属阳离子固定(4]。增加bioadsorbents的吸附效率,大米外壳可以修改酸性或碱性通过使用各种各样的治疗,酒石酸和氢氧化钠(5,6]。本研究的目的是确定修改的和修改的潜力大米壳的吸着剂去除铅从水溶液(II)。

材料和方法

材料

收集和制备的吸附剂(RH RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}):稻壳是来自埃及大米机,用水洗了几次去除污垢,然后在2.0 mol / L的硝酸浸泡一小时。最后,它与蒸馏水冲洗2 - 3次和烤箱干105°C 2 h。

稻壳可以修改与草酸混合0.5 mol / l草酸溶液1:12比例(稻壳/酸,w / v)和磁搅拌30分钟(7]。也可以修改与氢氧化钠浸泡20克大米皮6% w / v氢氧化钠溶液在60°C 2 h石蜡浴,然后用蒸馏水洗涤,直到中性ph治疗壳是干一夜之间在烤箱105°C (8]。

制备Pb (II)解决方案:硝酸铅(Pb(没有₃)₂]分析年级从默克公司的准备股票标准溶液(1000 mg / L)。金属离子的溶液的pH值是5 5±0.1。

实验

pH值测定:在安装玻璃瓶子,0.2 g的地面吸附剂与蒸馏水混合(25毫升)和煮30分钟,待冷却后,使用数字酸度计测量pH值(汉娜,模型pH20)。

零电荷点(PZC)测定:沸点200毫升的去离子水的锥形烧瓶20分钟获得有限公司₂无水,然后添加0.5克每20毫升的样品有限公司₂无水。橡胶塞进瓶剩下3天在室温和pH值测量。

RH的矿物成分,RH-H⁺,RH-OH^{- - - - - -}是由x射线粉末衍射模式。提出的含氧官能团在这些样本的特征。RH的矿物成分是由ICPOES技术如前面研究[4]。从表1,发现RH的最基本成分是二氧化硅,即。二氧化硅(95.81%)。

表1:由ICPOES RH的元素成分。

吸附实验

MRH-H比较RHA的去除效率⁺和MRH-OH^{- - - - - -}:RH-H评估RH的吸附能力⁺和RH-OH^{- - - - - -}对于金属离子,金属吸收能力被批量吸附实验研究。批处理吸附实验是由接触铅的样品(II)在室温下在一个玻璃瓶。LD乐动体育官网

Pb (II)的比例被RH, RH-H⁺和RH-OH决心使用以下方程:

删除(%)= ((C₀- c_f)/ C₀]×100 (1)

地点:C₀和C_f最初的和最后的浓度(毫克/升)的金属离子在溶液中,分别。

吸附的Pb (II):进行了一系列的实验来确定pH值的影响,吸着剂剂量、接触时间和初始离子浓度Pb (II)。LD乐动体育官网此外,RH的吸附动力学和等温线模型,RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}Pb (II)的去除进行了研究。每个实验中进行机械振动器在120 rpm,然后通过滤纸过滤(没有。42)和金属离子浓度计算。所有样品的金属浓度测定根据标准方法使用原子吸收光谱仪使用瓦里安谱(220)(9]。

结果和讨论

RH的物理化学特性,RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}

众所周知,零电荷点(PZC)和介质的pH值对吸附剂给一个好迹象表面氧复合物和电子表面吸附剂的指控。

准备了吸附剂的理化特性大米外壳被记录在表2。从表2的化学处理大米外壳使用氢氧化钠和草酸对吸附剂的理化性质有显著影响,RH-H的pH值⁺(4.37)和RH-OH^{- - - - - -}(4.22)高于PZC(4.05和4.08),同时,对RH(5.8)低于PZC (5.98)。因此,RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}更有效的去除铅离子比RH (10]。

表2:物理性质的RH, RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}。

图1显示了RH-H XRD⁺之前和之后的吸附过程。分析指定两大高峰位于大约20≈17°C到35°C是无定形的,这个峰值是观察到11)及其强度增加样品用盐酸处理时。与铅离子绑定后,RH-H⁺记录一些增加结晶度和RH的强度小于后修改。这一转变在结晶度的一些组织可能是由于绑定Pb (II) (12]。

傅里叶变换红外光谱是一种利益的工具来识别函数组的分子和描述吸附物之间的行为和活动的组织表面的吸附剂。红外光谱对RH RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}记录三个乐队的出现约3467厘米¹,1637厘米¹和1081厘米¹所示图2。宽阔的乐队3467厘米左右¹指出保税表面羟基和吸附水的存在(13]。峰乐队1637厘米左右¹是由于弹性振动的存在的羧基的边缘层飞机和硅氧烷峰值在1080厘米吗¹表示Si-O-Si的形成和确认的木质素结构大米皮(14]。

图2还表示,修改大米皮导致峰值强度的增加与一些峰值的位置改变后修改分配给表面自由团体的形成,峰的强度约1637厘米¹从6.62253提高到17.109和9.863为RH, RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}分别。同时,峰的强度约3467厘米¹从0.6744 (RH) 3.53747 (RH-H增加⁺)和3.6748 (RH-OH^{- - - - - -})。最后,峰的强度约1081厘米¹从12.1895 (RH)为RH-H 35.855和14.1418⁺和RH-OH^{- - - - - -}分别。这些解释表明,修改大米外壳有更多的自由羟基和羧基组比未改性大米皮(7]。

傅里叶变换红外(FTIR)光谱RH, RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}绑定后Pb (II)的外观相同的乐队录制3467.38厘米左右¹,3465.46厘米¹,1637厘米¹和1081厘米¹稍微转移所示图3。为原料大米皮,宽阔的乐队约3467.38厘米¹略转移到3465.46厘米吗¹和3415.31厘米¹- 3417.24厘米¹,峰值约1617.98厘米¹略转移到1619.91厘米吗¹。同时,峰值为1081.87厘米¹略转移到1083.80厘米吗¹。为修改后的大米外壳(RH⁺),广泛的乐队约3477.03厘米¹略转移到3473.17厘米吗¹,峰值约1617.98厘米¹略转移到1619.91厘米吗¹。同时,峰值为1108.87厘米¹分为两个喙和轻微转向1105.01厘米¹和1049.09。为修改后的大米外壳(RH),宽阔的乐队约3477.03厘米¹略转移到3475.1厘米吗¹和峰值为1108.87厘米¹略转移到1106.94厘米吗¹。这种转变在波数匹配键的变化能源的官能团,这表明这些官能团变化后的结合模式生物吸附。因此,这一结果证实了这些团体参与绑定的Pb (II)离子(RH), (RH-H⁺)和(RH-OH^{- - - - - -})。

MRH-H比较RHA的去除效率⁺和MRH-OH^{- - - - - -}

金属铅离子的吸收能力在RH, RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}被震动测试50毫克Pb (II)与1 g / L吸附剂/ 100毫升的pH值5.5±0.1 2 h。结果表明,去除效率是20%,94%和95.5% RH, RH-H吗⁺和RH-OH^{- - - - - -}分别。我们的研究结果是一致的几位作者15,16)报道,RH处理由于氢氧化钠大大增强了吸附对其溶解能力生物质和破坏金属结合位点。

Pb (II)离子的吸附

pH值的影响:pH值对铅的吸附的影响(2)到RH, RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}是由浸泡50毫克Pb (II) / L,吸附剂剂量为120分钟(1 g / 100毫升)在不同pH值从2 - 5.5。图4显示了pH值对铅的吸附的影响(2)由RH RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}。很明显,高吸收对RH Pb (II)发生在酸碱2然后减少增加到5.5。这减少吸附的Pb (II)可能归因于增加表面官能团之间的排斥力量RH和Pb (2)6]。同时,对于RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}、低的铅(II)被吸附到在pH值2,然后大幅增加,pH值达到5.5。pH值2,表面活性的网站可能成为带正电的给予的机会增加H之间的竞争⁺和Pb (II)可用吸附网站。在pH值5,竞争减少,提高了吸附通过静电力Pb (II)的吸引力。此外,一些自由表面组织的形成等-哦,C = O, hn -(如红外光谱光谱中指出)治疗期间可用的RH增强吸附网站绑定。

接触时间的影响LD乐动体育官网

接触时间的影响(5分钟到12LD乐动体育官网0分钟)在Pb (II)的去除效率哈,HA-H⁺和HA-OH -所示图5。结果表明,铅的吸附量(II)到RH, RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}随时间和平衡达到60分钟内紧随其后的是一个稳定的过程。的消除一开始可能归因于提示连接Pb (II)吸附剂的表面,增加数量的活跃的驱动力增加可用的网站和在溶液中吸附物之间的浓度梯度和adsorbate-adsorbent交互(10]。

动力学模型

动力学建模帮助预测吸附过程的最优条件;,它是依赖于物理和/或化学特性的吸附剂和山梨酸酯(17]。控制机制是研究使用以下三种动力学模型。

符合一级动力学模型

准一阶动力学方程是:

(2)

从策划日志(q_eq_t)和t (图6),没有获得令人满意的直线,表明吸附过程不遵循RH的准一阶动力学,RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}。的计算值,发现问_e不符合实验数据。此外,相关系数R²对RH RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}别方法的统一。

Pseudo-second-order动力学模型

pseudo-second-order方程(18]:

(3)

策划t / qt和t .给直线(图7),获得高的R值²接近团结。同时,发现计算q值_e与实验数据非常吻合。准一的参数顺序和pseudo-second订单记录表3。这些确认pseudo-second-order吸附的吸附机制主要由RH Pb (II), RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}。

表3:动能模型常量和相关系数对吸附铅(II)到RH, RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}在不同初始浓度。

Intraparticle动力学模型

确定,如果intraparticle扩散是吸附的速率决定步骤,问_t策划与时间的平方根19]。

(4)

在Ci intraparticle拦截和孩子扩散常数(g.mg¹.min^-0.5)。截距值确定边界层厚度;截距越大,边界层的厚度越大。

图8表明,线不经过原点,这偏离原点是由于不同的传质速率初始和最终吸附阶段。孩子中列出的值表3表明RH的修改与氢氧化钠导致孩子增加从0.11到0.3496。,几乎增长了2.15倍。此外,k_idHA与草酸的值修改增加了1.2倍。因此,吸附过程遵循伪二级动力学,同意化学吸收作用作为病原反应机制通过吸附剂之间的电子交换和山梨酸酯(18]。

吸附剂用量的影响

探讨最佳吸附剂剂量在Pb (II)使用不同的吸附剂吸收剂量(0.3,0.7,1.0和1.3 g)的RH RHH⁺和RH-OH^{- - - - - -}在最优条件。从图9铅的去除百分比(II)吸附剂的量的增加而增加,最佳剂量为1.3,0.3和1.0 g RH, RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}分别。这可能是分配到不同的离子交换和吸附过程的机制。的扩散通过大毛孔那么快减缓通过小直径渠道(20.]。

最初的Pb (II)浓度的影响

铅离子浓度的影响研究使用不同的Pb (II)浓度(50球型投手¹到200年球型¹)在RH的最佳条件,RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}。从最初的策划Pb (II)浓度与删除%,图10展品,删除%从64%下降到40%,90%,65%,和97.2%到61%的Pb (II)浓度增加50 mg / L为RH 200 mg / L, RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}分别。这一发现归因于Pb (II)的数量单位体积增加,饱和度和快速消费的吸附剂上的结合位点发生(21]。

等温线模型

三个等温线模型:朗缪尔,弗伦德里希,和Dubinin-Radushkevich研究决定最适当的平衡数据的相关性。

朗缪尔等温线模型

朗缪尔假定发生单层吸附到均质吸附剂表面(22]。的线性形式模型是:

(5)

免费的能源的吸附可以计算为:

(6)

从数据,C之间的阴谋_e/ q_e与C_e(C_e是在溶液中金属的平衡浓度(毫克/升),问吗_e是每单位质量的金属离子吸附在吸附物(毫克/克)。图11显示了单层吸附能力的吸附剂(问毫克/克)增加的顺序:< RH-H RH(10.77毫克/克)⁺(12.48毫克/克)< RH-OH^{- - - - - -}(51.54毫克/克)。朗缪尔等温线模型实验数据表明吸附剂表面的均匀性质,即。,每个Pb (II) /吸附剂表面吸附网站等于吸附活化能。结果表现出单层的形成的Pb(2)的外表面在此治疗大米皮吸附剂。吉隆坡的值被发现是5.63,12.59和21.86 L / g RH, RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}分别,更高的KL(吸附单层产能)值越高Qm值(表4)。R的值_l对铅的吸收(2)分子在此获得的低成本吸附剂,被发现在0.42到0.16范围,即。,0 < RL < 1,确认Pb (II)的吸附是高度优惠到准备好的吸附剂。此外,吸附铅(II)在此吸附剂表现出负的自由能源(ΔG = -8.098 - -5.677),表明物理吸附过程的可行性和自发的性质,确认好亲和力的对待这些吸附剂吸收Pb (II)。

表4:朗缪尔的参数、弗伦德里希和dr为Pb (II)吸附等温线RH, RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}。

弗伦德里希等温线模型

弗伦德里希等温线假定可逆多层异构表面吸附不同能源弗伦德里希网站,线性形式模型是(23]:

(7)

从情节之间的日志问_e(浓度的金属离子吸附在毫克/克)日志C_e(金属溶液中的平衡浓度的mg / L) (图12)。Kf和1 / n(弗伦德里希常数与吸附容量和吸附强度)可以计算出从截距和斜率值的1 / n小于一个(表4)。发现的吸附数据描述了朗缪尔和弗伦德里希模型。

杜比宁- Radushkevich (dr)等温线模型

dr方程的线性形式可以写成遵循[24]:

(8)

一块lnqe与ε2值(图13),评估报告,并获得β的值的截距和斜率,分别。的吸附能源E_一个(kJ.mol¹)可以获得以下关系:

(9)

吸附的值能源供应的通知关于吸附机制25]。吸附能源RH和RH-H获得价值⁺是10.25和12.04,表明吸附机制可能一开始是离子交换达到平衡与周范德瓦尔斯互动。同时,吸附能源对于RH-OH^{- - - - - -}17.37 kJ.mol¹这表明,Pb (II)吸附的机制是强烈的化学性质,吸附过程是吸热的。因此,酸性和碱性治疗引起的吸附能力显著增加大米皮确认治疗顺从废水的去除Pb (II)。

吸附剂的再生

吸附剂的改造水净化过程控制的重要因素之一经济水处理技术。RH-H研究RH的回收⁺和RH-OH^{- - - - - -}adsorption-desorption周期进行一次最优条件。根据实验中,吸附后的Pb (II)通过RH, RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -},吸附剂从解决方案中删除通过过滤,筛选了0.1盐酸。结果显示,Pb (II)的去除效率从64%,90%和97%到60%,82%,和90% RH RH-H⁺和RH-OHrespectively。这意味着RH, RH-H⁺和RH-OH^{- - - - - -}可以重用效率高(超过一个周期26]。

结论

在这项研究中,我们发现

1。自然RH已经低吸收能力Pb (II)。虽然acidic-alkali预处理使它好清道夫铅去除水的解决方案。

2。红外光谱显示,观察到的峰值强度和外观差异形成的自由团体在酸和碱改性的表面上大米外壳。

3所示。Pb (II)的吸附受到接触时间、初始Pb (II)浓度,溶液的pH值、吸附剂LD乐动体育官网剂量参数。

4所示。吸附动力学数据表明,吸附过程符合pseudo-second秩序。

5。吸附等温线数据可以安装朗缪尔和弗伦德里希等温线模型和确认过程是自发和吸热的。

确认

我想表达我深深的感谢中央实验室,国家研究中心的技术支持。

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