活性氮化硼对水中铜离子的吸附性能研究

活性氮化硼对水中铜离子的吸附性能研究

电镀、采矿、金属加工等行业的发展,带来了含铜废水的大量排放。重金属不仅严重污染环境,而且会通过食物链富集进入人体,对人类健康造成危害[1-2]。含铜废水的处理方法主要有化学沉淀法、吸附法、膜处理法和离子交换法等[3-5]。其中,吸附法具有高效、成本低等优点,尤其适用于低浓度的废水处理。吸附剂的选择是吸附法应用的关键,活性氮化硼(ABN)具有比表面积大、孔隙度高、表面存在大量的官能团等特征,并且具有良好的化学稳定性和热稳定性,适宜作为理想的吸附剂,逐渐成为国内外研究的热点[6-8]。本研究利用常见化工原料制备出了ABN,考察了其对水中铜离子的吸附性能,为采用新型吸附剂处理重金属废水提供了理论依据。1实验部分1.1试剂与仪器硼酸、三聚氰胺、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123),天津市风帆化学试剂科技有限公司;硝酸铜、盐酸、硝酸、氢氧化钠,天津光复科技发展有限公司;以上试剂均为分析纯。含铜废水由硝酸铜溶于去离子水配制而成,废水中铜离子的浓度为1g/L,使用前稀释至所需浓度。酸度计(PP-25E型),德国Sartorius公司;高温管式实验炉(GSL-1600X型),沈阳科晶自动化设备有限公司;扫描电子显微镜(SEM,S-4800型),日本日立公司;傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR,Nicolet380型),美国尼高力仪器公司,电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES,PRODIGY XP型),美国TELEDYNE公司。1.2实验方法1.2.1 ABN的制备将3.71g硼酸和3.78g三聚氰胺溶于200mL蒸馏水中,用0.1mol/L硝酸调节溶液pH=6.5;然后边搅拌边加入5g P123。将混合液加热到85℃,6h后自然降温至出现白色絮状物沉淀,经过滤并干燥得到白色纤维状固体。将所得白色纤维状固体放入管式炉中,在流速为200mL/min的N2保护下,以5℃/min速率升温到1100℃,3h后自然降温至室温,所得白色粉末即为ABN。1.2.2吸附实验取100mL一定质量浓度的含铜废水,加入一定质量的ABN,25℃下以200r/min搅拌一段时间,过滤后测定滤液中铜离子的质量浓度。1.2.3分析方法采用SEM对ABN表面形态和结构特征进行观察,采用FT-IR对ABN颗粒在400~4000cm-1范围进行扫描;采用ICP-OES测定铜的浓度,采用去除率和平衡时的吸附量qe来评价ABN对铜离子的吸附效果,去除率和平衡时的吸附量qe分别按式(1)和式(2)计算。去除率=C0-CeC0×^(1)qe=(C0-Ce)Vm(2)式中,C0和Ce分别为废水处理前后水中铜离子的浓度,mg/L;V为含铜废水的体积,L;m为加入ABN的质量,g。2结果与讨论2.1 SEM分析ABN的SEM图见图1。由图可见,ABN颗粒具有清晰的几何形状,微观结构呈纤维状,直径为1~4μm不等,各纤维状结构间存在大量的空隙。图1 ABN的SEM图2.2 FT-IR分析ABN的FT-IR谱图见图2。