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用沙子吸附去除重金属
摘要：在20℃条件下，用普通砂作为吸附剂，从其水溶液中去除四种重金属元素Pb，Cr，Cu和Zn。大量的重金属离子被吸附在沙子表面，形成一个单分子层（am），从Langmuir等温线模型可知，实验所表现出沙子对主要的重金属离子的吸附能力由大到小依次排序为Pbgt; Crgt; Cugt; Z n。重金属沙制吸附剂现象可以基于相互作用在硅酸盐表面官能团（沙子）与金属离子之间。由此推断，尤其是在发展中国家，沙子可以作为一种低成本的吸附剂，用于从废水（包含低浓度的金属）中去除重金属。
关键词：沙子；重金属；吸附
简介
水体污染物包括芳烃，有机溶剂，杀虫剂和金属等大量化学物质。重金属污染通常发生在工业废水排入天然水体的地区。这些重金属对生物的有害影响是众所周知的。铬在水中以Cr和Cr存在。这在生物学上是属于致命的种类。 Cr在自然界中是致癌的，而长期暴露于Cr [3]和锌中也会导致过敏性皮肤反应从而致癌。同样，铜对水生生物的毒性极大（U.S.SEPA，被归类为水污染物。因此，从废水和工业废物中去除重金属已成为一个非常重要的环境问题。吸附过程被认为是从水中去除污染物最合适的方法之一 并且已经报道了许多低成本的吸附剂用于从水溶液中去除重金属（离子）。
活性炭在去除金属离子方面非常有效，但在非常低和高pH条件下易于溶解
。苔藓可以用于去除汞，铜，镉和镍。使用蜡质苔藓（苔藓）从水溶液中吸附铜。还有铅，镉和锌可以被吸附在废弃茶叶上。上面讨论的吸附剂对不同金属表现出不同的吸附效率。
除了上述吸附剂之外，土壤和粘土在从水中去除重金属离子方面也表现出显着的潜力。缓冲砂滤池去除重金属也有报道。
在目前的工作中，普通砂作为吸附剂的潜力，对选定的重金属离子即Cr，Cu，Pb和Zn的吸附能力，已通过绘制Langmuir吸附等温线模型并从主题中提取必要的参数进行了检验。
Langmuir吸附等温线模型：Langmuir吸附等温线模型，适用于溶液（被吸附物）可表示为[15]：
其中：Cs是处于平衡时浓缩的（mg/L）被吸附物（金属）; X是被吸附物的浓度（mg/L）（金属）; m是吸附剂的浓度（g/L）; 是吸附在吸附剂上形成单层的量（mg/g）。 K是朗缪尔常数。与是从截距和斜率给出一条直线，其中一个和K可以计算出来。这里的比例单位是（g/ml）。
1.材料和方法
所有重金属盐，即氯化铬，硫酸铜，醋酸铅和硫酸锌（Merk）均为分析级，无需进一步纯化即可使用。从巴基斯坦拉瓦尔品第附近的河床采集500克普通砂。用蒸馏水洗涤几次并在室外晾干。
为每种金属在蒸馏水中制备分开的溶液，浓度范围为1-5mg L，金属225毫升的溶液被放入250毫升锥形瓶中，加入10克沙子（因此沙子的浓度为44.45克L）。通过加入数滴NaOH溶液将每种溶液的pH值调节到6.0左右。在微酸性pH下，不发生金属沉淀。将烧瓶一式三份盖上盖子封顶，在20℃的条件下，在落砂机上以50r/min的速度保持摇动24小时。将溶液在沙上过滤，其金属浓度C s（mg L）使用原子吸收分光光度计Varian，型号：AA-375。
- 结果与讨论
Langmuir吸附等温线模型中与的关系给出了所有四个线性关系（直线）
表1 Langmuir吸附等温线模型吸附数据
|
金属离子 |
，mg/g |
K,L/mg |
|
Pb |
0.169 |
0.71 |
|
Cr |
0.148 |
1.68 |
|
Cu |
0.144 |
2.45 |
|
Zn |
0.131 |
2.51 |
金属离子在沙土中的优先顺序是： Pbgt;Crgt; Cugt; Zn。在这四种金属离子中，Pb是最容易被吸附在砂土上的，而Zn是最不容易被吸附的。
为了了解上述金属在沙子上的吸附趋势，考虑到被吸附的金属离子和二氧化硅以及长石（沙子的组成部分）之间的关联类型可能是有益的。二氧化硅（SiO2）是具有由四面体无限三维框架构成的结构[5]。二氧化硅是原子晶体，二氧化硅晶体中，硅原子的4个价电子与4个氧原子形成4个共价键，硅原子位于正四面体的中心，4个氧原子位于正四面体的4个顶角上。像二氧化硅、长石这样的也是硅酸盐的构架。
图1 20℃时，Pb在沙土上的Langmuir吸附等温线模型
图2 20℃时，Cr在沙土上的Langmui r吸附等温线模型
图3 20℃时，Cu在沙土上的Langmuir吸附等温线模型
图4 20℃时，Zn在沙土上的Langmuir吸附等温线模型
图5 （Cr每克沙吸附的量）随着Cr的初始浓度Ci增加
硅酸盐中的表面官能团在吸附过程中起着重要作用。它是一个与氧化硅四面体层结合的氧原子平面和与硅酸盐结构单元边缘相连的羟基。这些功能基团为过渡和重金属的化学吸附提供表面位点。表面官能团可以表示为：。其中S是吸附表面的中心原子（Si或Al）硅酸盐。表面羟基在水中解离并且对于金属阳离子起着作为路易斯碱的作用（）。如下所述的这些去端口位点（一个或可能两个）与重金属离子形成复合物[5]。
根据以下反应，重金属阳离子Mn 也可以在水溶液中水解并以水解形式吸附。
（水解）
（吸附）
金属离子表面结合（吸附）反应是由于金属有利于其水解的特性。这些性质包括高电荷，小半径和极化率。
虽然所有四种金属的值没有太大差别，但Pb略高的原因是二氧化硅吸附有些强烈，因为它（Pb）很容易在水中水解，这反过来有利于其在硅酸盐上的化学吸附。Cr由于其三价性质吸附比其他两种二价金属（Cu和Zn）好，因此可以推断吸附和水解有些相关。如果重金属离子容易水解，它对硅酸盐的吸附作用相对较高在Pb的情况下。
吸附后的沙子被吸附的金属饱和，可以将其用作各种建筑用途的混凝土组分。在Vallejo等人的研究中，提出了一种使用两种类型的粘合剂去固化含锌和铬的工业残余物。
3、结论
与关于Pb，Cr，Cu和Zn的关系直线，证明了它们在沙子上的吸附也遵循Langmuir吸附模型。
沙对水溶液中重金属的去除能力与它们（金属）对水解的潜力有关。
虽然普通的沙子只吸附少量的重金属，但特别是在发展中国家，它可以用作它们的低成本吸附剂，从废水中去除重金属（含有低浓度的这类金属）。
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