一种胺基改性生物吸附剂动态吸附分离铜铅的方法

技术领域

本发明属于重金属分离领域，具体涉及一种胺基改性生物吸附剂动态吸附分离铜铅的方 法。

背景技术

重金属污染常由电镀、选矿、制革以及机械加工业等行业排放的三废引起。未经处理的含 铅、铜等重金属废液一经排放，不仅造成资源浪费还将会对环境造成严重污染，并直接影响 到人类的生产和生活。目前，重金属污水的处理方法很多，常见的方法有共沉淀法、絮凝法、 离子交换法、溶剂萃取法、吸附法、膜分离法等，但这些方法存在处理成本较高、操作复杂、 二次污染严重等问题，因此，寻求一种重金属废水无害化和资源化的处理方法迫在眉睫。

近年来，生物吸附法因具有无毒、二次污染小等优点而备受关注。生物吸附法作为一种重 金属废水处理技术，主要是采用废弃的生物材料来吸附水体中的重金属离子，再通过固液两 相分离来去除水体中重金属离子的方法。以废弃树叶为材料来吸附分离重金属离子不仅具有 原材料来源丰富、操作成本低等优点，还能以废治废，环保效应显著。然而，未经处理的废 弃树叶对重金属离子的吸附容量较低、选择性较差，很难直接应用于重金属的吸附分离中。

发明内容

本发明的目的是提供一种胺基改性生物吸附剂动态吸附分离铜铅的方法，该方法具有操作 简单、分离效果好，成本低等优点，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种胺基改性生物吸附剂动态吸附分离铜铅的方法，包括以下步骤：采用两步法制备胺基 改性生物吸附剂；将制备的胺基改性生物吸附剂装入填充柱内；将含铜铅离子的溶液泵入填 充柱中进行铜铅离子的动态吸附分离。

上述方案中，所述胺基改性生物吸附剂的制备方法为：

1)将生物吸附剂进行干燥、磨粉、过筛得生物吸附剂粉末，将所得生物吸附剂粉末和交 联剂加入浓度为1～5molL^-1的NaOH溶液I中，在40～70℃温度下反应30～60min，然后依次 经离心、洗涤得固体产物I；其中生物吸附剂粉末与交联剂的质量比为1:(5～15)，生物吸附剂 粉末与NaOH溶液I的固液比为1:(50～100)g/mL；

2)将步骤1)所得固体产物I和有机胺加入浓度为0.1～1molL^-1的NaOH溶液II中，氮 气氛围下加热至60～80℃反应4～6h，水洗至中性，真空干燥即得所述的胺基改性生物吸附剂， 其中生物吸附剂粉末质量与有机胺的质量比为1:(0.5～5)，生物吸附剂粉末与NaOH溶液II的 固液比为1:(50～100)g/mL。

本发明采用上述两步法制备所述胺基改性生物吸附剂，可提高胺基改性生物吸附剂对铜 离子的吸附容量高，吸附选择性好。

上述方案中，所述的生物吸附剂为废弃树叶。

上述方案中，所述的废弃树叶为梧桐树叶、桂花树叶、银杏树叶或樟树叶等。

上述方案中，所述交联剂为环氧氯丙烷等。

上述方案中，所述有机胺中含4个及以上的氮原子，其结构通式为 NH₂(CH₂CH₂NH)_nCH₂CH₂NH₂，其中n≥2；或(CH₂CH₂NH)_n，其中n≥4；或(C₃H₈ClN)_n，其中 n≥4。

优选的，所述NH₂(CH₂CH₂NH)_nCH₂CH₂NH₂，其中n≥2，为三乙烯四胺、四乙烯五胺、 五乙烯六胺、六乙烯七胺中的一种或几种。

优选的，所述(CH₂CH₂NH)_n，其中n≥4，为聚乙烯亚胺，其分子量为600～70000。

优选的，所述(C₃H₈ClN)_n，其中n≥4，为聚烯丙基胺盐酸盐，其分子量为600～70000。上

述方案中，所述含铜铅离子的溶液泵入速度为2.0～10mL/min。

本发明采用表面改性技术可在生物吸附剂表面引入大量的胺基，利用胺基与不同金属离 子的配位作用不同来实现双组份体系中各组分的吸附分离。胺基与铜离子的配位能力显著高 于其与铅离子的配位能力。因此，胺基改性吸附剂对铜离子的吸附亲和力将明显高于其对铅 离子的吸附亲和力。在动态吸附条件下，吸附亲和力高的铜离子将取代吸附亲和力低的铅离 子，这种竞争吸附取代效应将实现铜离子选择性吸附及铜铅离子的分离。

本发明的有益效果是：对廉价易得的生物吸附剂进行胺基改性，可显著提高生物吸附剂 对铜离子的吸附选择性，从而实现双组份体系中铜离子与铅离子的动态吸附分离，该法操作 简单，成本低，为废水中铜铅离子的分离及资源化回收利用提供了新途径。

附图说明

图1为实施例1中铜铅离子溶液中铜铅离子竞争吸附的流出曲线图。

图2为实施例1中铜铅离子溶液中铜铅离子竞争吸附动力学曲线图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局 限于下面的实施例。

以下实施例如无具体说明，采用的试剂市售化学试剂或工业产品。

实施例1

一种胺基改性生物吸附剂动态吸附分离铜铅的方法，包括以下步骤：

1)制备胺基改性生物吸附剂：(1)将梧桐树叶进行干燥、磨粉和过筛，将10g所得的梧 桐树叶粉末和140g环氧氯丙烷加入到500mLNaOH溶液(浓度为1.5mol/L)中，在40℃温 度下回流反应50min，然后经离心、洗涤(依次采用体积比为1:3的乙醇水溶液洗涤和去离子 水进行洗涤)，得固体产物I；(2)将步骤1)所得固体产物I和10g的四乙烯五胺加入500 mLNaOH溶液(浓度为0.2mol/L)中，在氮气氛围下加热至60℃反应4h，将所得产物水洗 至中性后进行真空干燥得胺基改性梧桐树叶(胺基改性生物吸附剂)；

2)胺基改性梧桐树叶动态吸附分离铜铅离子：将0.5g胺基改性梧桐树叶装入玻璃填充柱 中，采用蠕动泵将铜铅离子溶液(铜离子和铅离子的浓度均为0.2mmol/L)泵入填充柱(内 径1.0cm，长度20cm)，控制填充柱内溶液流速为6.25mL/min，测定流出液中铜铅离子的 浓度，计算改性梧桐树叶对铜铅离子的吸附容量。

图1为本实施例铜铅离子溶液中铜铅离子竞争吸附的流出曲线图，其中C₀表示重金属离 子溶液初始浓度(mg/L)，C_t表示流出液中重金属离子的浓度(mg/L)。由图1可以看出， 铜铅离子溶液双组份体系的动态吸附过程中发生了显著的竞争取代效应，吸附在胺基改性生 物吸附剂上的铅离子逐渐被铜离子所取代，直至达到取代平衡。图2为本实施例铜铅离子溶 液中铜铅离子竞争吸附动力学曲线图，其中q_t表示在t时刻胺基改性吸附剂对重金属离子的 吸附量(mmol/g)。由图2可知在动态吸附条件下，所述胺基改性生物吸附剂可实现铜铅离子 的分离。

实施例2

一种胺基改性生物吸附剂动态吸附分离铜铅的方法，包括以下步骤：

1)制备胺基改性生物吸附剂：(1)将桂花树叶进行干燥、磨粉和过筛，将10g所得的桂 花树叶粉末和100g环氧氯丙烷加入到800mLNaOH溶液(浓度为3mol/L)中，在60℃温 度下回流反应40min，然后经离心、洗涤(依次采用体积比为1:3的乙醇水溶液洗涤和去离子 水进行洗涤)，得固体产物I；(2)将步骤1)所得固体产物I和40g的聚乙烯亚胺(分子量 为1800)加入800mLNaOH溶液(浓度为0.5mol/L)中，在氮气氛围下加热至80℃反应5h， 将所得产物水洗至中性后进行真空干燥得胺基改性桂花树叶(胺基改性生物吸附剂)；

2)胺基改性桂花树叶动态吸附分离铜铅：将1.0g胺基改性桂花树叶装入玻璃填充柱中， 采用蠕动泵将铜铅离子溶液(铜离子的浓度为0.2mmol/L，铅离子的浓度为2.0mmol/L)泵 入填充柱(内径1.0cm，长度20cm)，控制填充柱内溶液流速为6.25mL/min，实现动态吸 附分离铜铅离子溶液中的铜铅离子。

实施例3

一种胺基改性生物吸附剂动态吸附分离铜铅的方法，包括以下步骤：

1)制备胺基改性生物吸附剂：(1)将樟树叶进行干燥、磨粉和过筛，将10g所得的樟树 叶粉末和50g环氧氯丙烷加入到900mLNaOH溶液(浓度为2mol/L)中，在50℃温度下回 流反应30min，然后经离心、洗涤(依次采用体积比为1:3的乙醇水溶液洗涤和去离子水进行 洗涤)，得固体产物I；(2)将步骤1)所得固体产物I和10g的聚烯丙基胺盐酸盐(分子量 为60000)加入800mLNaOH溶液(浓度为1.0mol/L)中，在氮气氛围下加热至70℃反应 4h，将所得产物水洗至中性后进行真空干燥得胺基改性樟树叶(胺基改性生物吸附剂)；

2)胺基改性樟树叶动态吸附分离铜铅：将1.0g胺基改性樟树叶装入玻璃填充柱中，采用 蠕动泵将铜铅离子溶液(铜离子的浓度为0.2mol/L，铅离子的浓度为10.0mol/L)泵入填充 柱(内径1.0cm，长度20cm)，控制填充柱内溶液流速为6.25mL/min，实现动态吸附分离 铜铅离子溶液中的铜铅离子。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不 脱离本发明创造构思的前提下，做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。