引用本文
郑光杰, 张洋, 陈燕金, 施优媛, 周璟, 吕林峰, 李加友. 磺化改性腐植酸的制备及其在含锌废水处理中的应用[J]. 浙江农业科学, 2018,59(10):1929-1930  
doi: 10.16178/j.issn.0528-9017.20181060
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磺化改性腐植酸的制备及其在含锌废水处理中的应用
郑光杰, 张洋, 陈燕金, 施优媛, 周璟, 吕林峰, 李加友
嘉兴学院 生物与化学工程学院,浙江 嘉兴 314001

作者简介:郑光杰(1996—),男,浙江温州人,本科生,E-mail:245498109@qq.com。

基金项目: 国家级大学生创新创业训练计划(201610354020)
摘要

以氯磺酸为磺化试剂,与腐植酸发生磺化反应,制备得到磺化改性腐植酸,研究腐植酸及磺化改性腐植酸在不同pH值、不同用量及不同沉降时间下对模拟含锌废水中Zn2+的去除能力。对100 mL含100 mg·L-1 Zn2+的模拟废水进行处理,当pH值为3.0、沉降时间18 h、磺化改性腐植酸用量为0.8 g·L-1时,絮凝效果最佳,Zn2+去除率达到92.66%。说明磺化改性腐植酸可提升其对Zn2+的絮凝性能,为磺化改性腐植酸的应用奠定基础。

关键词: 磺化改性; 腐植酸; 重金属污染; 废水处理
中图分类号:X703 文献标志码:B 文章编号:0528-9017(2018)10-1929-02

环境中的重金属很难通过化学或生物方法去除, 一旦过量积累会构成环境灾害[1], 对于一些重金属元素而言, 即使痕量, 也会致癌或致突变[2]。随着电镀、冶金、采矿、制药等行业的快速发展, 大量含锌废水被排放到环境中, 污染了河流、土壤, 还通过食物链富集进入生物体, 一旦在生物体内过量蓄积, 严重影响生物体正常的生理生化功能。因此, 研究含锌废水处理具有积极的现实意义[3]。在众多含锌废水处理方法中, 生物絮凝法以其高效、无毒、无二次污染的优点得到了广泛应用[4]。腐植酸是一种带负电且阳离子交换量高的生物絮凝剂, 其分子结构中的羧基、酚羟基、羰基和醌基等基团[5, 6]可与金属离子发生络合反应、离子交换和表面吸附作用, 因此常被用于去除污水中的重金属离子。但单纯用腐植酸作为金属离子絮凝剂所形成的沉淀物不易与水分离, 且沉降速度过慢[7, 8, 9]。本实验对腐植酸进行磺化改性处理[10], 并就其对模拟废水中Zn2+的去除性能进行研究。

1 材料与方法
1.1 实验材料

实验所用腐植酸系实验室自制。模拟废水储备液系100 mg· L-1硫酸锌溶液。氯磺酸等实验试剂均为市售分析纯。

2000型电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP), 美国戴安(Dionex)公司; NEXUS470型红外光谱仪(FTIR), 美国热电尼高力(Thermo Nicolet)公司。

1.2 腐植酸的磺化改性

在带有回流冷凝及磁力搅拌装置的250 mL三颈烧瓶中加入腐植酸1.8 g、N, N-二甲基甲酰胺180 mL、三乙胺9 mL, 室温搅拌下滴加3.71 mL氯磺酸, 滴毕, 45~50 ℃搅拌反应3 h。反应结束后, 减压蒸除溶剂, 得到磺化改性腐植酸粗品。

1.3 实验方法

在250 mL锥形瓶中加入100 mL含100 mg· L-1 Zn2+的模拟废水进行实验, 实验分为2组:一组称取磺化改性腐植酸, 另一组称取腐植酸, 分别研究不同腐植酸或磺化改性腐植酸浓度(0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g· L-1)、不同pH值(2、3、4、5)、不同沉降时间(12、18、24 h)对模拟废水中Zn2+去除的影响。具体地:向模拟废水中加入腐植酸或磺化改性腐植酸后, 调节pH, 150 r· min-1快速振荡5 min, 然后30 r· min-1振荡30 min, 自然沉降不同时间后进行消化, 取消化后的上清液用ICP测量其中的Zn2+浓度。

2 结果与分析
2.1 磺化改性腐植酸的结构表征

对腐植酸及磺化改性的腐植酸进行红外光谱测定, 从图1可以看出, 磺化改性的腐植酸样品在1 190 cm-1处出现明显吸收峰, 说明成功引入了磺酸基。

图1 腐殖酸和磺化改性腐殖酸的红外光谱

2.2 不同因素对模拟废水中Zn2+去除效果的影响

2.2.1 pH值

在保持其他实验条件相同的情况下(腐植酸或磺化改性腐植酸的加入量为0.2 g· L-1, 沉降时间为18 h), 考查不同pH值环境下腐植酸与磺化改性腐植酸对模拟废水中Zn2+的去除能力, 结果如图2所示。磺化改性腐植酸对模拟废水中Zn2+的去除效果明显优于腐植酸。随着pH值增加, 腐植酸对Zn2+的去除效果不断下降。对磺化改性腐植酸而言, 当pH值3时, 其对Zn2+的去除效果最佳。

图2 pH值对模拟废水中Zn2+去除率的影响

2.2.2 腐植酸或磺化改性腐植酸浓度

在保持其他实验条件相同的情况下(pH值为3, 沉降时间为18 h), 考查不同腐植酸或磺化改性腐植酸浓度对模拟废水中Zn2+去除的影响, 结果如图3所示。磺化改性腐植酸对模拟废水中Zn2+的去除效果在各实验条件下均优于腐植酸。随着腐植酸或磺化改性腐植酸浓度增加, Zn2+去除率先逐渐增加后趋于稳定。当腐植酸浓度为0.6 g· L-1时, Zn2+去除率即趋于稳定, 此时Zn2+去除率达到82.79%; 当磺化改性腐植酸浓度为0.8 g· L-1时, Zn2+去除率最高, 达到92.66%。

图3 腐植酸或磺化改性腐植酸浓度对模拟废水中Zn2+去除率的影响

2.2.3 沉降时间

在保持其他实验条件相同的情况下(pH值为3, 腐植酸或磺化改性腐植酸的加入量为0.2 g· L-1), 考查不同沉降时间下腐植酸与磺化改性腐植酸对模拟废水中Zn2+的去除能力, 结果如图4所示。各实验条件下, 磺化改性腐植酸对模拟废水中Zn2+的去除效果明显优于腐植酸。二者对模拟废水中Zn2+的去除率都随沉降时间延长而增加, 但当沉降时间超过18 h后, Zn2+去除率趋于稳定, 因此, 最佳沉降时间宜选择18 h。

图4 沉降时间对模拟废水中Zn2+去除率的影响

3 小结

以氯磺酸为磺化试剂, 对腐植酸进行磺化改性处理。结果显示, 磺化改性明显提高了腐植酸对模拟废水中Zn2+的去除能力。在本实验条件下, 磺化改性腐植酸去除模拟废水中Zn2+的最佳工艺条件为:pH值3.0, 磺化改性腐植酸用量0.8 g· L-1, 沉降时间18 h, 在此条件下, 对100 mL含100 mg· L-1 Zn2+模拟废水中Zn2+的去除率可达92.66%。

The authors have declared that no competing interests exist.

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