摘 要

随着全球工业的迅速发展，电镀、治金、化工等行业中产生的铜大量排放，从而引起了水污染，并对人类的身体健康造成了严重危害。所以，含Cu² 废水的处理已成为当今水处理行业的重要课题之一。

本实验选择膨润土作为吸附材料，将壳聚糖负载于膨润土之上对天然膨润土进行改性，以含Cu² 的重金属模拟废水作为处理研究对象，利用静态振荡实验法分析了振荡时间、溶液pH值、重金属离子的初始浓度、膨润土投加量等不同影响因素对天然膨润土及膨润土负载壳聚糖去除溶液中重金属离子的影响，绘制随条件变化曲线。

由结果可得：pH值、膨润土投加量、初始浓度这三个条件对重金属离子的吸附率影响较大。当吸附时间为30min，pH值为7，吸附剂用量为10g/L，天然膨润土对Cu² 的去除率可达80%。当壳聚糖与膨润土质量比为0.08、pH值为7、吸附时间30min、吸附剂用量为10g/L时，膨润土负载壳聚糖对Cu² 的去除率可达94.94%。

关键词：铜离子；膨润土；改性；吸附；壳聚糖

Abstract

With the rapid development of global industry, electroplating, metallurgy, chemical and other industries have a large number of copper emissions, which caused the water pollution, and caused serious harm to human health. Therefore, the treatment of wastewater containing Cu² has become one of the important topics in the water treatment industry.

The choice of bentonite as adsorbent material, chitosan supported on bentonite of natural bentonite were modified to heavy metals Cu² containing simulated wastewater as the research object, analyzes the oscillation time, pH value, metal ion initial concentration, bentonite investment and amount of different factors of natural bentonite bentonite and bentonite loaded chitosan removal effect of heavy metal ions in solution by using the experimental method of static oscillation, drawing curves with conditions.

The results show: pH, bentonite dosage, initial concentration of these three conditions on the adsorption rate of heavy metal ions. When the adsorption time is pH, the 30min value is 7, the adsorbent dosage is 10g/L, and the removal rate of Cu² is 80%. When the mass ratio of chitosan to bentonite is 0.08, pH is 7, the adsorption time is 30min, the amount of adsorbent is 10g/L, the removal rate of Cu² is 94.94%.

Key words:Copper ion；Bentonite；Modification；Adsorption；Chitosan

目 录

第1章 绪论 1

1.1 我国铜离子污染现状 1

1.1.1 铜离子的污染及危害 1

1.1.2 我国铜离子排放标准 1

1.2 重金属离子的治理 1

1.2.1 化学沉淀法 2

1.2.2 离子交换法 2

1.2.3 生物絮凝法 2

1.2.4 吸附法 3

1.3 膨润土的结构与特性 3

1.3.1 膨润土的结构 3

1.3.2 膨润土的特性 4

1.4 膨润土的改性方法 5

1.4.1 有机改性 5

1.4.2 纳化改性法 5

1.4.3 活化改性法 5

1.5 壳聚糖 6

1.5.1 壳聚糖的结构与用途 6

1.5.2 膨润土负载壳聚糖 6

1.6 研究内容和技术路线 7

1.6.1 研究内容 7

1.6.2 技术路线 8

第2章 实验方法 9

2.1 实验药品及仪器 9

2.1.1 实验药品 9

2.1.2 实验仪器 10

2.2 负载壳聚糖膨润土的制备 10

2.3 实验步骤 11

2.3.1 标准曲线的绘制 11

2.3.2 模拟废水的配制 12

2.3.3 膨润土吸附条件实验 12

2.3.4 膨润土负载壳聚糖吸附条件实验 12

2.4 测定方法 13

第3章 结果与分析 15

3.1 壳聚糖与膨润土质量比对吸附的影响 15

3.2 吸附时间的影响 15

3.3 吸附剂量的影响 16

3.4 pH值的影响 17

3.5 Cu² 初始浓度的影响 18

第4章 结论 20

参考文献 21

致 谢 23

第1章 绪论

1.1 我国铜离子污染现状

随着全球经济的迅速发展，全球工业也随之发展，从而产生了大量的工业废水。目前在全国，有些企业不顾环境影响，大肆将未处理的含重金属的废水直接排放到水体中，导致大量水体中的悬浮物、有机物和重金属的超标。其中重金属中的铜污染主要来源于电镀、治金、化工等行业。近年来，在太湖底泥中已经出现了铜的轻微污染现象；广东省内污染严重的后航道、枫江、江门、东平水道河等均出现铜污染，同时，辽河也出现了铜污染；全国近岸水域中也出现了铜的严重超标现象，特别是海口及河流入口处及海港区域，铜离子超标现象尤为严重^[1]。

1.1.1 铜离子的污染及危害

大部分的重金属都是人类不可或缺的微量元素，铜离子作为重金属也不例外。当植物体内有少量的铜离子时，植物的生长速度会加快。但当铜离子的数量达到一定的程度后，植物就会出现生长速度减缓甚至停止，直至死亡。在植物大量死亡后，整个水生生态系统的功能和结构都要受到严重影响甚至崩溃。许多植物在受铜离子毒害后，均被发现必需养分的吸收、运输和积累的失调等现象。

重金属进入植物体后,通过食物链的传递进入动物体内，重金属会在动物体内逐渐积累富集。当这些铜超标的动物性食品被人体食用后，会导致人体产生某些疾病。铜离子在人体内大量积累后，人体有极大可能会患上一种名叫威尔逊氏症的染色体隐性疾病。另外，当成年人体内铜含量过高时，会引发冠心病、高血压、动脉硬化等诸多病症，并且当铜在人体内存在的时间过长时，很有可能会严重危害人体的健康。

1.1.2 我国铜离子排放标准

在我国《污水综合排放标准》(GB8978--1996)里规定：铜属于第二类污染物，其一级排放标准为0.5mg／L；在《地表水环境质量标准》(3838--2002)里规定，铜的Ⅰ类水标准限值为0.5mg／L，铜的Ⅱ类水标准限值为1.0mg／L；在最新出台的《电镀污染物排放标准》(GB21900--2008)里规定：电镀企业从2010年7月1日起铜的排放将全部执行0.5mg／L的标准，环境容量较小、生态环境脆弱等地区将执行0.3mg／L的标准。

1.2 重金属离子的治理

针对重金属的污染防治，国内外学者已经做了大量的研究。目前重金属废水的处理方法主要分为化学法、物理化学法和生物法三大类，主要包括化学沉淀、离子交换、电解、生物吸附、活性碳和硅胶吸附、生物絮凝等方法^[5]。对于低浓度、大流域的重金属污染，化学法和物理化学法均难以处理，并且这两种方法都会产生污染转移，易行成二次污染。相比于这两种方法，生物法对重金属的处理效果好、经济效益高、操作和管理都很容易且不易产生二次污染，故被关注度日益提高。下面就化学沉淀法、离子交换法、生物絮凝法和吸附法进行探讨。

1.2.1 化学沉淀法

化学沉淀法是向溶液中加入某种化学物质，使溶液中的重金属与其发生化学反应，从而生成沉淀物质，通过过滤的方法将这些沉淀从溶液中去除，从而达到重金属离子去除的目的。因为某些重金属并没有对应的物质能使其发生沉淀作用，故化学沉淀法对重金属的要求较高，且产生的沉淀难以处理，并容易产生二次污染。

1.2.2 离子交换法

离子交换法是在交换器内安装不同类型的交换剂，这些交换剂的实质就是某种特定的离子溶液，通过这些离子溶液与含重金属溶液发生交换作用，从而达到去除重金属离子的目的。同样，离子交换法也有弊端，这种方法受交换剂中的离子类型的影响较大，且运行费用较为昂贵，故目前在国内运用的还不够普遍。但随着不同离子交换剂相继被人类发现，离子交换法在高价金属盐类的回收、电镀废水深度处理等方面展现出其越来越明显的优势。

1.2.3 生物絮凝法

一些微生物在代谢过程中产生的某些物质或者微生物自身都是不错的絮凝剂，用这些物质对溶液中的重金属进行絮凝沉淀的方法称为生物絮凝法^[6]。生物絮凝剂的实质是一种天然高分子物，由核酸、纤维素、粘多糖和糖蛋白等组成。某些微生物具有很好的絮凝效果的原因是由于这些微生物的结构呈现某种特殊的规律，并且其细胞膜的亲水性能较高，故这些微生物能结合重金属并将其从溶液中去除。生物絮凝法处理废水的过程中对环境几乎不会造成任何负面影响，而且微生物作为絮凝剂的絮凝效果好同时生长周期快，可缩短大量的时间并节省人力物力，易于实现工业化。此外，微生物还可通过遗传工程、构造或驯化出具有特殊功能的菌株。基于生物絮凝法以上所有的优点，故生物絮凝法发展前景十分广阔。

1.2.4 吸附法

在众多重金属处理方法中，吸附法是一种运用广泛、成熟、简单、易行的水处理方法，特别适用于处理水量大、污染物浓度低的废水，。吸附法的原理是吸附剂通过分子间作用力吸附废水中的重金属，然后经过沉淀作用沉到污水底部被去除，从而达到去除废水中重金属的目的。朱一民等^[2]利用海藻酸钠吸附水相中的Cu² ，发现铜离子去除率大小与水相中铜离子初始质量浓度有关，对含铜量较低的水样，Cu² 的去除率高达99.15%，对于含铜量较高的水样，Cu² 的去除率高达81%；当采用海藻酸钠进行二次吸附时，溶液中Cu² 的残余质量浓度低于国家污水综合排放标准中规定的最高允许排放质量浓度，并得到在10min左右达到平衡；当溶液pH=6，温度在30℃时，海藻酸钠对Cu² 的去除率及负载量达到最优值。王松学^[8]证实了高岭石对水溶液中的铜离子具有良好的吸附作用，且吸附效率达到了90%以上。除了上述的高岭石和海藻酸钠以及常用的活性炭、分子筛、沸石等廉价易得的吸附剂以外，膨润土也是常见的吸附材料，同时也是本课题的研究对象。

1.3 膨润土的结构与特性.

1.3.1 膨润土的结构

膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产，而蒙脱石的结构是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2：1型晶体结构^[12]，由于蒙脱石晶胞形成的层状结构中存在某些如Cu、Mg、Na、K等的阳离子，且以上这些阳离子与蒙脱石晶胞的作用很不稳定，易被其它阳离子交换，因此膨润土具有较好的离子交换性。