哈尔滨石油学院 黑龙江哈尔滨 150028
摘要:近年来,水中重金属污染问题严重影响到了人类的健康和生态环境的稳定,相关报道也层出不穷。为了进一步减小重金属的危害,虽然各国针对水体中重金属出台了各种控制性标准,但是在重金属污染防治技术和水平上仍然有很大的限制。因此,如何行之有效的处理水体中的重金属污染成为了当今水污染治理领域一个较为热门的课题。本论文研究了废弃茶叶渣吸附水体中常见的典型重金属离子的性能。
关键词:废弃茶叶渣;重金属;吸附;水体;污染;
前言:重金属污染主要存在于主壤、水体,少量存在于空气中,在一些重金属企业周围的地区重金属污染更为严重,比如一些有色金属冶炼、铅蓄电化、钢铁冶炼等行业,重要污染物有、铅、砖,其次为银、領、铜、特、钮、镜等。在重金属治理过程中,一般的治理方法都存在着各种缺陷,例如重金属污染时间长,治理技术落后,治理过程中监督管理薄弱等,这些缺点就使得重金属治理效果不佳。
1、研究背景
目前,处置重金属的方式主要包括化学沉淀法、吸附法、膜法、电解法、生
物化学法和离子交换法等。其中发展前景比较好的是吸附法,在众多的吸附剂中,生物类吸附剂能够有效、快捷地吸附重金属并不易产生二次污染,因此生物类吸附剂的发展仍然是本领域的研究热门。
很多学者专家己经开始进行有关利用茶叶作为吸附剂处理重金属的实验研究,大多数的实验往往是用将原茶或处理后的原茶叶作为吸附剂,进行重金属吸附试验,而以茶叶渣作为吸附剂来吸附去除废水中的重金属的研究还很少。鉴于茶叶渣是具备网状结构表面、多孔比表面积大、价格低廉等特点的废弃物,因此本论文尝试利用某叶工厂生产过程中废弃的某叶渣研究其对金属离子的吸附能力,并探讨温度、pH值等影响因素对其吸附性能的影响,可以将其应用于废水处理的可能。
2、原料来源
茶饮是全球最普遍的无糖饮品之一,茶叶在全球的生产量及消费量非常高。茶叶渣作为茶叶消费过程中的副产物,仅中国每年生产的茶叶渣就超过500万吨,具有丰富的茶叶渣资源,因此将茶叶渣作为原材料,既可以对茶叶渣进行二次利用又可以保护环境,具有现实意义。茶叶的结构特殊,它具有较高的比表面积和内嵌交错的网状构架的多孔结构。同时茶叶的成分比较复杂,部分组分中有些有机物含有一定的活性基团可有效的分解水体中的重金属,而且茶叶中还含有大量的等,也可以有效去除水体中的重金属。
3、茶叶渣的结构特点及应用现状
茶叶渣具有多孔的网状结构和较大的比表面积,可以提供更多的反应位点。茶叶渣的应用主要有以下几方面:一是用茶叶渣作为动物的饲料以及土壤的肥料,既可以为动物提供营养亦可以改善土壤中矿物质的含量,但会存在农药富集现象; 二是用茶叶渣提取一些活性成分,如茶多酚、茶碱等; 三是用作吸附剂。由于茶叶渣基本组成成分中含有较多活性基团且对废水中的有害物质有着良好的吸附效果,因此将茶叶渣作为吸附剂的研究较为热门。
4、茶叶渣吸附剂处理废水的研究进展
在N Dizadji等人的研究中,冲泡茶的残渣对于Cu(II)的最大吸附容量达为60 mg/g,测得此时溶液pH值为5并且整个吸附过程在 20分钟吸附反应后便达到了平衡。运用茶叶渣作为吸附剂进行试验,结果表明Zn(II)离子被吸附的最大值为 14.2 mg/g,温度和 pH 是主要的影响因素,当pH为4.2时 Zn的吸附量最大。茶叶渣对Ni(II)的吸附主要受初始金属浓度、溶液pH 值、搅拌速度和温度的影响,15.26mg/g是其最大吸附容量;针对Ni(II)进行固定床实验,其试验结果表明,Ni(Ⅱ)浓度由50升至200 mg/L时,相应的吸附床容量从7.31 升至 11.17 mg/g。对废弃茶渣吸附Cr(VI)进行固定床实验,试验数据表明,最大床容量测试流速分别设置为5、10和20 mL/min,其相应的吸附量分别为55.65、40.41和33.71 mg/g,当初始的Cr(VI)的浓度是从50增加至200mg/L时,相应的吸附床容量从 27.67增加至 43.67 mg/g。
AmarasingheB.M.W.P.K.等人的研究,茶叶渣对Pb(II)、Cu(II)的吸附固定床实验研究中,结果表明茶叶渣溶液吸附容量最高时的pH值为5-6,在第一个 15~20min 内吸附率达可到 90%甚至更高。AhluwaliaS.S等人的研究中,茶叶被证明是一种有效的低成本的生物吸附剂,用茶叶渣去除废重金属浓度为20mgL的废水时,Pb(II)、Fe(III)、Zn(II)、Ni(II)的去除率可达到90%、91%、72%和58%。CayS.等人对土耳其茶叶渣对于重金属吸附的研究中,结果表明茶叶对重金属离子的吸附作用强烈依赖于土壤的酸碱性、接触时间、重金属离子初始浓度和吸附剂用量。
张军科、郝庆菊等人对废弃茶叶渣吸附Pb(II)、Cd(II)的研究中发现,茶叶渣对 Pb(II)、Cd(II)的吸附率、吸附量随着时间的延长而增高,Pb(II)的吸附量最终可达到3.56mg/g,吸附率为 72.13%;Cd(II)的最大吸附量达到 4.7mg/g,相应的吸附率达到93.75%,茶叶渣对Pb(II)、Cd(II)的吸附容量受初始金属浓度、pH 值以及吸附时间的影响。而钱国勇等人的研究中表明,绿茶在弱酸性溶液中对Pb(II)、Cd(II)有吸附作用,在pH为4~6、温度为 30 时,吸附可以达到饱和,此时吸附量分别为46.66和33.29 mg/g。
5、结束语
茶叶渣是一种价格低廉、来源广泛的良好吸附剂,对于溶液中的重金属、有机物和放射性物质都有较好的吸附能力。目前,茶叶渣水处理研究仍处于模拟废水层面未能真正投入到实际污水体系应用中。因此,还需要大量的实验来考察茶叶渣对实际复杂水体的吸附处理效果,包括其对实际水体的净化效果、各种影响因素等问题。
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此论文基于2024年黑龙江省大学生创新创业训练项目研究,所在学校:哈尔滨石油学院,项目名称:废旧茶叶渣的回收再利用,项目编号:S202413299056,指导老师:韩霜、许伟锋,项目成员:靳佳琪、谢慧珍、肖建宇、郭志民、李妍菲。