茶葉渣對廢水中Cu2+的吸附

王瑩瑩，王罕瑾，胡俠，趙業(yè)軍（武漢東湖學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院，湖北武漢430212）

·科研與開發(fā)·

茶葉渣對廢水中Cu2+的吸附

王瑩瑩，王罕瑾，胡俠，趙業(yè)軍
（武漢東湖學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院，湖北武漢430212）

摘要：通過靜態(tài)吸附試驗，研究了茶葉渣對廢水中Cu2+的吸附效果?？疾榱宋綍r間、吸附劑用量、pH值、溫度等對吸附效果的影響，并對吸附熱力學(xué)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：對50mL20mg/L的Cu2+廢水處理，吸附可在90min內(nèi)完成，最佳投加量為0.7g，最佳pH值為6，溫度對其影響較小，較優(yōu)的吸附率可達(dá)68%。茶葉渣對Cu2+的吸附符合Langmuir等溫吸附模型，最大飽和吸附量為2.08mg/g。

關(guān)鍵詞：茶葉渣；Cu2+；吸附

銅作為最常見的金屬之一，其冶煉造成的水污染越來越受到重視，廢水中銅的治理也成為了一項重要課題[1]。當(dāng)水中銅含量達(dá)0.01mg/L時，對水體的自凈功能有明顯的抑制作用[2]；如果超過3.0mg/L，就會產(chǎn)生異味；如果超過了15mg/L，則會對人類和動物造成巨大傷害[3]。傳統(tǒng)的含銅廢水處理方法主要有化學(xué)沉淀法、離子交換法、電解法、重金屬絡(luò)合劑法等[4]。吸附法由于操作簡單，廣泛用于重金屬的去除。利用農(nóng)林廢棄物作為吸附劑處理含重金屬廢水，可以實現(xiàn)廢棄資源的有效再利用。在茶葉生產(chǎn)、加工和銷售的過程中，每年將會產(chǎn)生數(shù)百萬噸茶廢棄物，也就是茶葉渣[5]。茶葉渣雖然是沖泡后茶葉的渣滓，但對金屬離子的吸附能力并沒有完全喪失，可以將其應(yīng)用于廢水和污水處理。本文利用茶葉渣來處理含銅廢水，通過研究其吸附銅的效果，為生物吸附劑的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1　實驗部分

1.1主要儀器與試劑

五水硫酸銅、氫氧化鈉、硫酸等，均為分析純；AA7000火焰原子吸收分光光度計（北京東西）。

1.2茶葉渣的制備

取一定量市售綠茶于燒杯中，用100℃左右自來水浸泡1h，過濾，棄掉浸泡液，繼續(xù)浸泡，如此反復(fù)操作，至浸泡液完全無色。之后，將茶葉渣用純水淋洗2～3次后過濾。將過濾后的茶葉渣置于電熱恒溫烘干器烘干，取出碾碎，然后用30～60目篩網(wǎng)篩分后備用。

1.3含Cu2+模擬廢水的配制

Cu2+貯備液（1g/L）的制備：稱取五水硫酸銅晶體3.91g（分析純），溶于少量水后，定容至1L。模擬廢水均以標(biāo)準(zhǔn)貯備液進(jìn)行稀釋。

1.4吸附試驗

吸取50mL含Cu2+20mg/L的模擬廢水于100mL燒杯中，加入一定量的茶葉渣，用濃度為0.1mol/L的H2SO4溶液或NaOH溶液調(diào)整pH后，恒溫攪拌吸附一定時間。吸附結(jié)束后過濾，按GB/T7475- 87用原子吸收分光光度法分析濾液中的Cu2+濃度，計算Cu2+去除率。

2　結(jié)果與討論

2.1吸附時間對吸附率的影響

準(zhǔn)確量取50mL含Cu2+20mg/L模擬廢水倒入100mL燒杯，再稱取0.3g茶葉渣加入其中。在室溫下攪拌，分別在15、30、60、90、120、180、240min時測定其吸光度，計算吸附率，結(jié)果見圖1。

圖1　吸附時間的影響

由圖1可以看出，吸附前15min吸附率增加很快，說明Cu2+的吸附主要在生物質(zhì)的表面進(jìn)行，該吸附反應(yīng)是一個快速反應(yīng)的過程。之后也增加，但是趨勢變緩。當(dāng)時間達(dá)到90 min時，吸附率為60.2%，吸附基本達(dá)到平衡。實驗吸附時間設(shè)為90min。

2.2茶葉渣用量對吸附率的影響

準(zhǔn)確量取50mL含Cu2+20mg/L模擬廢水倒入100mL燒杯，分別投入0、0.1、0.3、0.5、0.7、0.9g茶葉渣。在室溫下攪拌90min，測定其吸光度，計算吸附率，結(jié)果見圖2。

圖2　茶葉渣用量對吸附率的影響

由圖2可以看出，吸附效率隨著茶葉渣用量的增加而增加，且前期增加幅度較明顯，待茶葉渣用量增加至0.7g時逐漸平緩。原因為吸附劑量逐漸增多時，吸附劑表面的活性基團(tuán)也逐漸增多，所以吸附的Cu2+也越來越多，但達(dá)到一定程度時，吸附劑表面的Cu2+對溶液中的Cu2+產(chǎn)生一定排斥，所以Cu2+向吸附劑表面遷移的阻力增大。最佳吸附劑用量為0.7g。

2.3pH對吸附率的影響

準(zhǔn)確量取50mL含Cu2+20mg/L模擬廢水倒入100mL燒杯，投入0.7g茶葉渣，分別調(diào)整pH為2、4、6、8、10、12，在室溫下攪拌90min，測定其吸光度，計算吸附率，結(jié)果見圖3。

圖3　pH對吸附率的影響

由圖3可以看出，隨著pH值的增加，茶葉渣對廢水中Cu2+的吸附率先增大后減少。當(dāng)pH=6時，吸附率最高，可達(dá)到63%左右。原因可能為pH較低時，溶液中H+的濃度較大，與Cu2+形成競爭，故pH值在2～6時，吸附率逐漸升高。pH值大于6時，H+的濃度降低，OH-的濃度升高，OH-與Cu2+反應(yīng)，故吸附率降低。所以最佳pH值為6。

2.4溫度對吸附率的影響

準(zhǔn)確量取50mL含Cu2+20mg/L模擬廢水倒入100mL燒杯，投入0.7g茶葉渣，分別調(diào)整溫度為5、15、25、35、45℃，攪拌90min，測定其吸光度，計算吸附率，結(jié)果見圖4。

圖4　溫度對吸附率的影響

由圖4可知，隨著溫度的升高，Cu2+的吸附效率逐漸降低，這說明茶葉渣對Cu2+的吸附可能是放熱反應(yīng)，降低吸附過程的溫度有利于吸附率的提高，但是溫度對吸附率的影響不是很大?？紤]到經(jīng)濟(jì)成本，吸附溫度定為室溫。

2.5吸附熱力學(xué)

室溫下，采用一系列不同濃度的50 mL Cu2+模擬廢水中加入0.7g茶葉渣，進(jìn)行平衡吸附實驗，測定其吸光度，計算平衡濃度Ce及平衡吸附量qe，繪制吸附等溫線，見圖5。

圖5　吸附等溫線

由圖6、圖7、表1可知，Langmuir等溫吸附模型線性相關(guān)性符合較好，相關(guān)系數(shù)大于0.98，所以用Langmuir模型來描述Cu2+在茶葉渣上的吸附行為較合適，即茶葉渣對Cu2+的吸附為單分子層吸附，從Langmuir吸附等溫式的參數(shù)中可以判斷出吸附過程中最大飽和吸附量為2.08mg/g。

表1　Langmuir和Freundlich模型的相關(guān)參數(shù)

圖6　Langmuir吸附等溫線

圖7　Freundlich吸附等溫線

3　結(jié)論

室溫下，茶葉渣用量為0.7g，pH值為6，吸附時間為90min，對20mg/L的Cu2+吸附效果較好，吸附率可達(dá)68%。茶葉渣對Cu2+的吸附符合Langmuir等溫吸附模型，屬單分子層吸附，最大飽和吸附量為2.08mg/g。由此可見，茶葉渣有望作為一種廉價的吸附劑在重金屬廢水處理中得到應(yīng)用，以達(dá)到“以廢治廢”的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]劉茉，雷兆武.乳狀液膜自礦山含銅酸性廢水中提取銅的研究[J].化學(xué)工程師，2005，122：6- 8.

[2]肖翠萍.銅加工廠重金屬離子酸性廢水治理[J].湖南冶金，2005，33（6）：42- 45.

[3]宋春麗，陳兆文.含銅廢水處理技術(shù)綜述[J].艦船防化，2008（2）：22- 25.

[4]雷兆武，孫穎.含銅廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀[J].中國環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報，2009，19（1）：61- 62.

[5]何猛雄，李承琳，李改仙.茶葉渣對Cu（II）的吸附研究[J].海南師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，22（3）：283- 285.□

doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2015.05.007

中圖分類號：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1008- 553X（2015）05- 0024- 03

收稿日期：2015- 07- 20

基金項目：湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項目（B2014140）

作者簡介：王瑩瑩（1983-），女，山東濰坊人，碩士，講師，從事污水與廢水處理研究工作，13429814316，wyingying1983@163.com。

Effect of Waste Tea to Adsorb Copper Ion from Wastewater

WANG Ying-ying，WANG Han-jin，HU Xia，ZHAO Ye-jun

（College of Life Science and Chemistry，Wuhan Donghu University，Wuhan 430212，China）

Abstract:By static absorption test，the adsorption ability of waste tea to copper ion from wastewater was studied. The influencing factors of contact time，adsorbent dosage，pH and temperature and adsorption thermodynamic were studied. The results indicated that equilibrium time was 90min，absorbent dosage was 0.75 g to adsorb 50mL 20mg/L 20mg/L Cu2+，the best pH was 6 and the adsorption abilitywas affected bythe temperature. The Cu2+removal rates was 68%. The Cu2+adsorption behavior ofwaste tea conformed to Langmuir adsorption equation. The maximumsaturated adsorption capacitywas 2.08mg/g.

Key words:waste tea；Cu2+；adsorption