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比较两种类型的铜离子吸附的原始手工下达橄榄固体残留物和现代石油工厂

*通信:

Besma Khiari环境科学技术研究实验室环境科学研究所和技术高Borj Cedria,突尼斯电话:+ 21671749100电子邮件:besmakhiari@yahoo.com

文摘

吸附使用生物材料是一种相对较新的污水处理过程显示其证据作为替代传统的物理化学方法,仍然昂贵,难以实现。本文属于这个框架并提出了研究结果的两种类型的原始的吸附性质橄榄残留分别来自手工和现代石油加工厂,对铜离子在溶液中为了揭示这一过程的效率水平以及最优操作条件对其实现两种材料。为此,本研究进行了两个轴。第一个致力于每个生物吸附剂的表征,以确定其孔隙度,它的化学成分,其表面组织,等。第二轴处理吸附本身,其动力学模型,以及实现的最优条件。这项研究显示在其他事情橄榄蛋糕是优良的吸附剂对铜最多保留370毫克/克量对吸附在室温和介质pH值(5),使用一个生物吸附剂的小粒径(小于0.5毫米),优先从瓦斯压力获得手工榨油机。

关键字

橄榄固体废物;传统榨油机;现代榨油机;生物吸附铜离子;动力学

介绍

的破坏性影响橄榄残留在很大程度上源于其内容非常困难的多酚类物质(生物)降低。榨油机的稳定物价浪费可以两次有用,因为它可以一方面避免对环境的有害影响,另一方面重用它们在各个领域,包括废水处理。

例如,橄榄蛋糕被用于生产活性炭很长一段时间。然而,这些激活操作的相对较高的成本促使研究人员设计橄榄作为bio-adsorbent固体残渣。

事实上,oilcake显示保留几个分子的性质,除了一个很好的选择。丰富,低成本和无害的,石油开采残留非常有利的和有用的在废水的处理。这些在溶液中可能含有铜,因为后者是广泛应用于工业,还因为它可以从农业土壤浸出的结果或急于大气降雨的铜从化石燃料的燃烧。在溶液中,发现铜主要形式(阳离子、阴离子或分子)根据实施博士铜离子铜^{2 +}是物种在研究这项工作。这是一个金属阳离子,可以结合不同的counter-ions (Cl^{- - - - - -},没有₃^{- - - - - -},所以₄^{2- - - - - -}等),使它容易运输,因此可以发现在不同的链接的生命链。

然而,这个元素可以积聚,从而产生有害的影响健康农业产量和环境(低,减缓有机质的分解,疾病在动物和植物中,地下水污染,等等)。

以前的工作

只有在过去二十年里,研究人员开始考虑原油bio-adsorbents。为此,有必要通过这件事的描述,一些例如进行Veglio谁使用扫描电子显微镜进行了微量分析装备一个能源色散x射线分析仪来收集定性信息的元素组成橄榄果渣。它含有钾、钙、硫和氯。碳和氧的存在在这个有机材料也证明。的照片显示,平均分数橄榄蛋糕有一定的孔隙度,主要是在中孔域(2 nm-50海里)。

红外光谱学Pagnanelli分析显示存在的羧基组(伸长的C = O债券为1704和1643 cm¹)和酚醛组(C = C键的伸长1507厘米¹)[1]。这些将活动地点主要负责重金属的保留。为了更好地阐明的酸碱特性橄榄果渣,进行了电位测定生物吸附剂(2]。获得的曲线(pH值与倒氢氧化钠量)是典型的物质与众多网站和各种弱酸性的活跃。

Pagnanalli的研究表明,金属的最佳吸附橄榄残渣与保留铜比例高达85%(63%),紧随其后的是汞铅(62.5%)、镉(25%)和锌(16%)(3]。同样的研究表明,吸附的铜也adsorbate-adsorbent以来的最快达到平衡2 h后对3 h锌、4 h为铅汞和6 h。

Veglio也进行了柱吸附测试。80克的质量橄榄蛋糕是压实和引入一个列(直径:24毫米,长度:32厘米)(4]。解决方案介绍了铜离子在40 mg / l,洗出液的浓度测量作为时间的函数,以确定突破曲线。这表明断点后达到增加约1升的解决方案。它还显示的最小数量橄榄果渣所需柱吸附是每1公斤100公斤的吸附剂吸附铜离子。

至于铜离子的保留机制橄榄蛋糕,小心投机之间的离子交换运动的质子酸组和铜^{2 +}在解决方案5]。的确,bioadsorption特点是不同的理化机制同时操作和演示特定的机制仍然是特别困难的。但减少吸附剂在酸性介质(pH < 5)表明在溶液中质子和铜离子之间的竞争,这使我们认为是一种离子交换吸附机制。

除了操作参数对生物吸附的效果,冲洗的效果橄榄蛋糕上的吸附剂权力被Veglio确实阐明;吸附测试揭示了存在轻微的黄色的解决方案,可能会增加鳕鱼的液相(6]。这可能是由于可溶性固体有机化合物中。

为了避免这种鳕鱼的液相超过极限表示意大利标准(相当于创建一个新的污染问题,试图消除另一个)相同的意大利作者继续冲洗生物吸附剂在使用前用蒸馏水。当固体只冲洗一次,鳕鱼增加从1250 mg / l的开始操作3 h(吸附后2250 mg / l。如果固体冲洗两次,鳕鱼稳定在一个较低的水平:600 mg / l。很明显,清洗解决方案必须专门治疗之前被排入公共管道或到自然环境。这个简单的或双冲洗的吸水性能没有影响橄榄果渣,因为铜的数量^{2 +}保留不变。

LD乐动体育官网接触时间从1分钟到5天在文献中被引用。然而,最大吸附收益率通常经过短暂的接触时间。LD乐动体育官网例如,Fiol表明,铜的最大吸附效率达到1小时内(7]。

铜的吸附效率的研究橄榄浪费在不同pH值显示,保留的最佳pH值是5。事实上,Pagnanalli假定pH值小于5,在溶液中质子丰富与铜离子,从而防止其被保留在表面(8]。pH值高于5,另一方面,积极分子(非电离)形式的网站可能是和铜也可以沉淀。

Fiol研究铜的吸附容量(初始浓度为100 mg / l)橄榄(1.5十⁴mol / l)解决方案调整pH值从1.5到6 (9]。接触时间1小时后获得的结果显示增加吸附与pH值增加,收益率从0% pH值在LD乐动体育官网1.5和2.5之间在pH值超过85% 4 - 7所示。同样的现象与其他微生物被其他作者指出。吸附效率的降低与介质的酸化解释为H的日益激烈的竞争⁺离子与金属阳离子吸附剂吸附的场所(10,11]。

研究表明,吸附的速率增加而增加农业产品的温度。然而,有一个温度约60°C。吸附的水平可能会减少。这种现象归因于这个温度的增溶低分子量有机化合物中橄榄果渣和参与铜离子的吸附12]。

重金属的吸附收益率随着浓度的增加而增加的橄榄。这个事实可以解释直接可用吸附的数量的增加网站。Veglio还研究了吸附剂的用量对效率的影响的操作13]。它是那么明显的浓度就越高橄榄果渣,更好的是铜离子保留。吸附容量从而从20%浓度的1 g / l为85% 100 g / l。

固体的颗粒的吸附性能也有很大的影响橄榄果渣。实际上,细粒子的大小,更高效的吸附。根据Pagnanalli,吸附量可以达到45%的差异之间的分数大于355μm和另一个小于212μm [14]。最后,三个Veglio再生试验的三个(HCl, CaCl再生解决方案₂和EDTA),有很好的解吸自铜离子被保留在第二个吸附操作进行再生蛋糕(15]。然而,吸附量仍远低于第一吸附处女橄榄残留。

实验研究协议

的橄榄残留的研究有两种类型:

1。传统的类型:这些是原油橄榄由一个手工榨油机和相应的橄榄(传统类型)

2。国防部类型:这些都是生蛋糕由现代榨油机与连续系统(现代类型)。

水分含量是由蒸在105°C,一个恒定的质量,获得的火山灰在烤箱加热15分钟的550°C。脂肪的百分比获得由于索氏提取方法。几个尺寸是通过不同的筛子(2.8毫米、1.7毫米、1.5毫米和0.5毫米)。

水晶化合物是由x射线衍射检测。的红外光谱橄榄果渣生产信息构成它们的官能团,从而提供信息在活动网站参与重金属的吸附现象16]。几毫克的橄榄然后碎果渣和几毫克的溴化钾(KBR),然后颗粒状。获得的两个小球(对应于两种类型的橄榄蛋糕)引入到红外分光光度计。

押注的方法被用于研究样品的结构和确定它们的比表面积,孔隙度、孔隙和微孔体积。一个自动化设备(测微的尽快2000)是用来做这个。首先,真空和在适当的温度下样品的脱气(照顾尊重样品的物理性质)进行为了疏散的水或其他气体分子定居在样例(17]。脱气样品的质量是指出为了介绍到最后比表面积的计算。准备样品时,样品架放置在分析车站,沉浸在冷却槽(液氮)。

死体积,也就是说样品的体积持有人不是被样品本身决定通过氦(氦的吸附表面的样本低温度被认为是可以忽略不计)。

方法以氮气为吸附物在大气压力下液态氮的沸点。它使用体积测量来确定数量的吸附气体平衡压力的函数。具体,等温线是由顺序已知数量的吸附气体引入试样夹(18]。每一步的样品气体的吸附发生孤立的体积和压力下降,直到被吸附物和剩余气体处于平衡状态。每个平衡压力的氮气吸附量是由最初引入的气体量的区别,剩下的其实。

对于吸附测试,初步的步骤是必要的。的橄榄残留物被接触,冲洗搅拌,蒸馏水为3 h (LD乐动体育官网19]。整个真空过滤。蛋糕恢复在70°C和蒸24小时就可以使用了。

确定的接触时间,一升的olive-LD乐动体育官网pomace悬挂(10 g / l)准备在蒸馏水。的天文钟一旦触发200毫克CuCl2 (200 mg / l),然后迅速pH值调整到5添加几滴盐酸的体积(0.1 N)。1毫升的解决方案是恢复在不同的时间间隔,然后离心分离的液相吸附剂。

pH值的影响,尤其是最佳pH值的测定是通过接触大量的20毫克CuCl2 100毫升的LD乐动体育官网橄榄残留暂停10 g / l浓度。pH值调整为3、5、7和9的加法盐酸(0.1 n)或氢氧化钠(0.1 n)。两套样品准备,每个对应一个类型的橄榄固体残渣。然后将混合物搅拌2 h,然后离心机。

为每个五粒子大小研究(?> 2.8毫米,1.7毫米< ?< 2.8毫米、1.5毫米< ?< 1.7毫米、0.5毫米< ?< 1.5毫米和?< 0.5毫米),100毫升的暂停橄榄蛋糕准备好10 g / l的浓度,使接触到20毫克的氯化铜。LD乐动体育官网pH值调整到5通过添加几滴盐酸(0.1 N),悬挂在室温下搅拌2 h离心机。

建立吸附等温线,不同CuCl2样本和100毫升的联系LD乐动体育官网橄榄残渣悬挂(10 g / l),有几个被吸附物浓度从20 mg / l到300 mg / l。样本在室温下搅拌(18°C) 2 h离心机之前。

在所有这些实验中,液相在铜离子的浓度是衡量使用原子吸收火焰原子吸收不同的6光谱仪。这个装置是由软件控制可以获得直接推导出值的校准曲线和浓度的样品。应该注意的是,这种装置配备了非特异性吸收校正器(氘校正器)和双光束单色仪。用于铜的测定波长324纳米。火焰,另一方面,是由一个空气/乙炔混合物。

描述和讨论的结果

橄榄残留物从一个手工榨油机有10.25%的含水量接近11.70%的现代榨油机提供的蛋糕。这是与其他工作状态一致橄榄残留物从连续离心破碎系统丰富的水比从一个不连续的新闻系统。灰率分别为3.42%和3.75%,(18]。这些低矿物质的值很容易预见因为产品研究本质上是有机的。这并不阻止我们阐明其本质而言,使用x射线衍射测量,一个更好的生物吸附剂的表征。

的橄榄残留物从传统榨油机包含脂肪(11.4%)略高于来自现代榨油机(10%)。自橄榄破碎是在第一种情况下,手册,剩余的石油馏分略大。

中石油的存在橄榄果渣,也给化学组发现的信息。事实上,由于石油是由甘油三酸酯,酯组和羧基团体的存在已经可以断言。后者来自游离酸度(水解酯和脂肪酸由于时间和热释放)观察到当石油腐臭的一点,可能是这样因为我们橄榄日期从先前的收成。

图1和2显示了两种类型的衍射图样橄榄工厂废弃物。

方解石CaCO特征峰的存在₃和石英SiO₂观察到两种类型的橄榄。方解石,在菱形的结晶结构,本质上是最丰富的碳酸盐。石英、六角晶体结构,是一种很常见的矿物质,因为它构成了wt岩石圈的12%以上。

因此,很可能这些元素,存在于土壤,被同化的根源橄榄一样,树,然后发现olive-pomace痕迹的形式。

通过红外分析光谱学(图3)显示存在的羧基组(伸长C = O 1704厘米¹)和酚组(C = C的伸长债券约1500厘米¹)。我们还发现酒精组约2900厘米¹。吸附到3420厘米的质量¹的特点是水化水的振动哦。

这些组织的存在是完全可以预见的因为他们是木质素的特征,脂肪酸和纤维素构成橄榄果渣。这些官能团已经可以被怀疑是直接参与的吸附过程。

这两种类型的橄榄给了一个非常小的比表面积不超过2米²/ g。孔隙体积也很小。这是0.0128厘米³传统的类型/ g和0.0213厘米³为国防部类型/ g。

这些低当然并不意味着没有孔隙度值橄榄蛋糕。的确,文献报道的比表面积值10至20 m²/ g橄榄浪费(20.]。尽管N₂气体最常用的赌注,它可能不是适合我们的生物量、和更多的逻辑结果可以与另一个获得气体(如氦原子半径较小),分散在整个表面的毛孔,并用于许多吗生物质吸附的工作原理。测量误差不太可能因为每个测试的重复两次,越等吸附铜的果渣是好的,我们将在接下来的部分。

吸附的结果和讨论

通过不同,如上所述,金属阳离子之间的接触时间和固体基质,曲线显示数量的铜LD乐动体育官网离子吸附作为时间的函数绘制(图4)。

可以看出adsorbate-adsorbent以来的吸附动力学相对快速达到平衡在2 h,于是残留成为饱和。的最大吸附量92%为传统的类型橄榄为国防部类型(传统榨油机)和70%(现代榨油机)。这些满足员工保留率以及快速动力学证明这些橄榄废物是有效的消除重金属的活性炭(21]。他们使用在工业因此预处理站是完全可行的,甚至经济上盈利。

另一方面,两个样品之间的差异数量保留可能有几个原因,这可能是结合:两种类型的果渣的化学成分可能是主要原因。事实上,根据一项研究在实验室同样的橄榄,元素分析表明,橄榄从传统的石油工厂的碳含量58%和8%的氢含量分别为47%和5%橄榄从现代石油米尔斯残渣。这直接影响有机活性位点的数量。因为剩下的残油含量花油略低于离心后的橄榄获得的新闻系统,它也可以认为更活跃的站点可用传统的类型。这些颗粒的异质性和困难在过滤阶段表明,额外的吸附机制可能发挥作用,从而提高其吸附能力。

pH值起着非常重要的作用在铜的流动(图5)。吸附剂功率达到最大值为传统的类型和pH值= 5 pH值为国防部类型= 6。可以得出结论,酸性pH值会导致金属盐的溶解,质子的解吸和吸附的金属离子。溶解度从而降低pH值增加时,通过提高最低,然后当元素中发现阴离子形式。铜因此或多或少地移动根据其氧化还原状态。为了确保最大限度的保留,因此有必要对这两个最优小灵通adsorbent-adsorbate系统。然而,我们注意到整个pH值范围内,超过50%的铜。

粒度测定法也是一个参数影响的吸附能力橄榄蛋糕。的确,这是更重要的是小尺寸的。因此,保留铜离子的百分比减少约30%细粉粒子的直径小于0.5毫米超过2.8毫米。事实上,固体分越多,更多的是其比表面积和更好的吸附。

初始浓度的影响铜的吸附百分比Trad-type残留也是所示图6。为国防部类型获得同样的速度。

结果表明,初始铜浓度越高,吸附效率较低。的确,生物质正如我们已经提到的,一个定义良好的保留能力超出有饱和。如果污水轻度或中度富含铜,后者将完全或主要是保留。另一方面,如果铜^{2 +}浓度非常大,只有一小部分会被保留。污水仍然足够富含重金属破坏环境或公共下水道。

然而,这并不意味着,吸附是一个limited-efficiency防止污染技术因为工业使用的水是很少在铜高度集中。举个例子,一般的铜^{2 +}从制革厂废水的浓度是10至30毫克/升,而曲线显示了吸附能力下降超过50%,从800 mg / l的铜浓度。

存在量化宽松吸附剂上的吸附物量(表现在mg g(吸附剂)策划反对的吸附物在溶液中剩余的Ce (mg / l)表达(图7)。

获得形状对应于一个1型等温线。这是一个吸附剂的微孔体积的特点是特别高。饱和吸附网站逐渐发生低浓度。等温线的形状特征是长高原指示疲软的多层膜的形成。然而,这个声明必须被谨慎使用因为等温线的形状给准确信息的质地坚实只在气体吸附物的情况下。在溶液中,表面官能团的重要性大于吸附剂的孔隙度,因此只能阐明的选择方法。

两个数学模型可以描述这样一个等温线。事实上,尽管这种形式是朗缪尔模型相比,弗伦德里希模型不排除在外。

决定哪一个的两个理论更好的描述了铜的吸附^{2 +}在橄榄蛋糕,我们执行一个线性化回归系数的比较(R²)。

从这两个线性化(推导出的数据图8和9列出)表1。

表1:常量和两个模型的回归系数。

获得一个更好的回归系数的朗缪尔等温线。所以,这是模型最好的描述了铜的吸附^{2 +}在橄榄因此固体残渣,其近似有效简化的演变现象。因此,我们可以认为:

•吸附表面的网站生物质是均匀的能源的观点。

•每一个网站可以吸附一个分子,和一层分子可以形成

•每个站点分子在溶液中具有相同的亲和力;

•没有吸附分子之间的相互作用。

另一方面,可以吸附铜的最大数量橄榄蛋糕,根据这一模型,是370毫克/克固体残渣。这是一个很好的保留权力比活性炭。事实上,根据一项研究,1 g活性炭改性的各种化学制剂保留212毫克的铜。就可以看到那时的保留能力生物质是活性炭的比这之前没有任何治疗。

结论

本研究的效率橄榄去除残留的铜液废水中从不同的行业。事实上,这种油的浪费被发现与最大高度吸附铜离子的吸附量高达370毫克/克在最佳条件下,即中等酸性pH值(5)和固体细粉(直径< 0.5毫米)优先获得从一个手工榨油机。再生的可能性生物质可以使用它在几个连续adsorption-desorption周期,从而进一步减少防止污染操作的成本。

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