浙江省分析测试科技计划研究项目实施总结报告

浙 江 省 分 析 测 试 科 技 计 划 研 究 项 目
实 施 总 结 报 告
一 、 项 目 基 本 情 况
计 划 编 号 :2007F70013
项 目 名 称 : 柚 皮 吸 附 原 子 吸 收 法 测 定 环 境 水 样 中 重 金 属 元 素 的 研 究
计 划 类 别 : 分 析 测 试 科 技 计 划 项 目
项 目 委 托 单 位 ( 甲 方 ): 浙 江 省 科 技 厅
项 目 承 担 单 位 ( 乙 方 ): 金 华 职 业 技 术 学 院
起 止 年 月 : 2007 年 10 月 至 2008 年 12 月
二 、 项 目 执 行 情 况
1. 项 目 实 施 的 背 景 与 依 据
环 境 中 重 金 属 元 素 种 类 多 、 组 成 复 杂 而 且 含 量 较 低 , 必 须 经 过 前 处 理 才 能
进 行 各 种 仪 器 分 析 。 金 属 离 子 预 处 理 方 法 主 要 有 萃 取 法 、 吸 附 法 、 交 换 法 及 电
化 学 分 离 法 等 。 近 年 来 , 以 纤 维 素 及 其 衍 生 物 作 为 重 金 属 高 吸 附 材 料 在 国 内 外
研 究 中 得 到 了 越 来 越 多 的 重 视 [1] 。 纤 维 素 作 为 天 然 高 分 子 材 料 , 本 身 对 金 属 离
子 具 有 一 定 的 吸 附 性 能 , 如 稻 草 可 以 吸 附 土 壤 中 的 金 属 和 非 金 属 离 子 , 但 未 改
性 的 纤 维 素 吸 附 容 量 小 , 选 择 性 低 , 通 过 改 性 可 以 明 显 提 高 对 金 属 离 子 的 吸 附
能 力 [2] 。 解 战 锋 等 采 用 稻 壳 纤 维 素 为 原 料 , 制 备 成 纤 维 素 硫 酸 单 酯 强 酸 性 阳 离
子 交 换 剂 , 对 金 属 铜 、 银 和 铅 进 行 了 吸 附 研 究 , 研 究 表 明 所 得 纤 维 素 硫 酸 单 酯
强 酸 性 阳 离 子 交 换 剂 的 交 换 容 量 为 3.0mmol/g, 对 铜 的 吸 附 量 为 84mg/g, 银 的 吸
附 量 为 180mg/g, 铅 的 吸 附 量 为 394mg/g [3] 。Abd-Allah 等 以 蔗 渣 纤 维 原 料 , 采
用 3 种 不 同 类 型 的 反 应 对 蔗 渣 纤 维 进 行 改 性 生 成 羧 甲 基 蔗 渣 纤 维 , 并 研 究 了 这
种 改 性 纤 维 对 Cr 3+ 、Cu 2+ 、Fe 2+ 、Ni 2+ 的 吸 附 性 能 , 考 察 了 离 子 浓 度 对 吸 附 性 能 的
影 响 [4] 。
利 用 纤 维 素 基 吸 附 材 料 来 吸 附 、 分 离 、 提 取 金 属 离 子 , 对 环 境 保 护 有 重 要
1

意 义 。 一 方 面 , 因 为 纤 维 素 是 自 然 界 最 为 丰 富 的 可 再 生 高 分 子 资 源 , 具 有 无 污
染 、 易 生 物 降 解 等 优 点 ; 另 一 方 面 , 纤 维 素 来 源 丰 富 且 价 格 低 廉 , 棉 花 、 木 材 、
棉 短 绒 、 木 浆 、 蔗 渣 、 黄 麻 、 棉 秆 、 竹 子 、 树 皮 等 都 是 天 然 纤 维 的 主 要 来 源 。
柚 子 皮 具 有 丰 富 的 天 然 纤 维 素 , 本 身 对 金 属 离 子 有 一 定 的 吸 附 作 用 , 改 性
后 其 吸 附 性 能 可 以 大 大 提 高 。 傅 伟 昌 以 柚 皮 纤 维 为 原 料 , 分 别 以 两 种 途 径 先 后
制 备 了 柚 皮 甜 菜 碱 型 两 性 纤 维 素 , 并 研 究 了 产 物 对 Cr 2O 7
2-
、Mn 2+ 、Cu 2+ 的 吸 附 性
能 , 结 果 表 明 试 验 产 物 可 同 时 吸 附 重 金 属 的 阴 、 阳 离 子 [5] 。 唐 文 清 等 以 柚 皮 为
原 料 制 成 黄 原 酸 酯 , 研 究 了 对 废 水 中 Cd 2+
的 吸 附 , 结 果 表 明 : 当 废 水 中 Cd 2+ 初 始
浓 度 为 15mg/L 时 ,0.022g 吸 附 剂 对 Cd 2+ 去 除 率 高 达 99.36%, 其 吸 附 容 量 达
33.87mg/g [1] 。
目 前 文 献 中 对 柚 皮 纤 维 素 的 原 有 吸 附 重 金 属 元 素 性 能 研 究 还 未 见 报 道 , 以
它 为 原 料 经 改 性 制 成 重 金 属 元 素 的 吸 附 剂 作 为 一 种 分 离 及 样 品 前 处 理 方 法 , 并
与 高 灵 敏 度 高 选 择 性 的 原 子 吸 收 光 谱 法 相 结 合 用 于 环 境 水 样 中 痕 量 重 金 属 元 素
的 检 测 , 目 前 文 献 中 尚 未 见 报 道 。
本 课 题 将 天 然 柚 皮 纤 维 素 及 改 性 柚 皮 纤 维 素 吸 附 环 境 水 样 中 痕 量 重 金 属 的
方 法 与 高 灵 敏 度 高 选 择 性 的 原 子 吸 收 光 谱 法 相 结 合 , 建 立 柚 皮 纤 维 素 吸 附 - 原 子
吸 收 光 谱 法 测 定 环 境 水 样 中 痕 量 重 金 属 元 素 的 新 方 法 , 这 种 分 离 富 集 与 检 测 手
段 相 结 合 的 方 法 , 是 一 种 廉 价 、 安 全 、 快 速 、 方 便 、 灵 敏 度 高 、 准 确 性 高 、 选
择 性 好 的 环 境 水 样 中 痕 量 重 金 属 元 素 的 检 测 技 术 , 并 对 环 境 水 样 中 镉 、 铬 、 铅 、
铜 等 金 属 元 素 进 行 定 量 检 测 , 为 环 境 评 价 提 供 有 效 的 检 测 方 法 。
【 参 考 文 献 】
[1] 王 瑀 , 王 凡 , 商 士 斌 等 . 纤 维 素 基 金 属 离 子 吸 附 材 料 研 究 进 展 [J]. 生
物 质 化 学 工 程 ,2007,41(1):49-54.
[2] 唐 文 清 , 冯 泳 兰 , 曾 荣 英 等 . 新 型 黄 原 酸 酯 对 废 水 中 Cd2+ 的 吸 附 研 究
[J]. 衡 阳 师 范 学 院 学 报 ,2006,27(6):59-62.
[3] 解 战 锋 , 常 建 华 , 余 向 阳 . 稻 壳 纤 维 素 强 酸 性 阳 离 子 交 换 剂 [J]. 应 用
化 学 ,2003,20(2):168-170.
2

[4] ABD-ALLAH M A,MOHAMMAD L H. Ion exchange properties of
earboxylated bagasse[J]. Journal of Applied Polymet Science,2006,102
(2):1399-1404.
[5] 傅 伟 昌 . 柚 皮 纤 维 素 制 备 两 性 重 金 属 离 子 去 除 剂 及 其 在 电 解 锰 废 水 处
理 中 的 应 用 [D]. 湖 南 大 学 硕 士 学 位 论 文 ,2002.
2. 研 究 内 容 及 方 法
2.1 原 料 采 集 与 处 理
天 然 柚 皮 来 源 于 金 华 市 水 果 市 场 废 弃 的 柚 皮 , 洗 净 、 自 然 晾 干 、 烘 干 、 粉
碎 , 置 于 干 燥 容 器 中 备 用 。
2.2 仪 器 与 试 剂
美 国 P-E 公 司 的 AAnalyst800 型 原 子 吸 收 光 谱 仪 ,F80 型 高 速 粉 碎 机 ( 姜 堰
市 新 康 医 疗 器 械 有 限 公 司 ),420 速 显 三 用 恒 温 水 浴 箱 ( 金 华 市 城 西 天 宏 仪 器
厂 )。
铅 、 镉 、 铬 标 准 溶 液 :1mg/ml, 按 常 规 法 配 制 , 使 用 时 配 制 成 100μg/ml
的 工 作 液 ;HAc-NaAc 缓 冲 溶 液 :pH 为 5.0-7.0; 氨 水 - 氯 化 铵 缓 冲 溶 液 :pH 为
8.0-9.0; 浓 硝 酸 (65%)。 所 用 试 剂 均 为 分 析 纯 , 所 用 水 均 为 去 离 子 水 。
2.3 实 验 方 法
准 确 称 取 一 定 量 的 柚 皮 吸 附 剂 , 放 入 盛 有 一 定 浓 度 、 一 定 体 积 的 不 同 重 金
属 离 子 溶 液 中 , 水 浴 加 热 一 定 时 间 , 静 置 , 让 植 物 吸 附 剂 充 分 吸 附 溶 液 中 的 金
属 离 子 。 过 滤 , 用 原 子 吸 收 光 谱 仪 测 定 溶 液 中 剩 余 的 重 金 属 离 子 浓 度 。 根 据 反
应 前 后 金 属 离 子 的 浓 度 变 化 , 计 算 吸 附 率 和 吸 附 容 量 。 通 过 对 影 响 吸 附 效 果 的
吸 附 剂 粒 度 、 用 量 、 吸 附 时 间 、 吸 附 pH 值 等 因 素 的 吸 附 试 验 , 找 到 最 佳 吸 附 条
件 。
2.4 最 佳 吸 附 PH 的 确 定
在 吸 附 时 间 、 吸 附 剂 用 量 、 吸 附 温 度 等 条 件 不 变 的 情 况 下 , 改 变 溶 液 pH 值 ,
测 定 吸 附 剂 的 吸 附 率 。
2.5 最 佳 吸 附 剂 用 量 的 确 定
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在 吸 附 时 间 、 吸 附 温 度 、 溶 液 pH 值 等 条 件 不 变 的 情 况 下 , 改 变 吸 附 剂 的 用
量 , 测 定 吸 附 剂 的 最 佳 用 量 。
2.6 最 佳 吸 附 时 间 的 确 定
其 他 实 验 条 件 不 变 下 , 改 变 吸 附 时 间 , 测 定 吸 附 剂 的 吸 附 率 。
2.7 最 佳 吸 附 温 度 的 确 定
其 他 实 验 条 件 不 变 下 , 将 吸 附 体 系 放 在 可 控 水 浴 振 荡 器 中 , 改 变 吸 附 温 度 ,
放 置 一 定 时 间 , 测 定 吸 附 剂 的 吸 附 率 。
2.8 计 算 公 式
被 植 物 吸 附 剂 吸 附 的 重 金 属 离 子 含 量
吸 附 率 =
重 金 属 离 子 总 量
´
100 %
( C
0
- C
e
) V
吸 附 容 量 =
W
C
C
0
e
- 金 属 离 子 初 始 浓 度
- 吸 附 后 金 属 离 子 剩 余 浓 度
W - 吸 附 剂 用 量
2.9 实 验 结 果
本 课 题 研 究 了 未 改 性 的 天 然 柚 皮 纤 维 素 对 重 金 属 铅 、 镉 、 铬 的 吸 附 性 能 ,
得 出 了 其 最 佳 吸 附 条 件 , 结 果 见 下 表 。
优 化 吸 附 条 件
金 属 离 子
吸 附 容 量
溶 液 吸 附 温 吸 附 吸 附 剂 用 量 吸 附 率 %
20mg/L
mg/g
pH 度 ℃ 时 间 h g/100mL
Pb 2+ 7 室 温 2 0.0660 99.56 30.15
Cr 2+ 7 室 温 2 0.0701 99.70 28.43
Cd 2+ 4 30 4 0.0777 99.32 25.56
在 实 验 室 中 对 含 铬 、 铅 的 电 镀 废 水 进 行 试 验 , 吸 附 效 果 良 好 , 建 立 了 柚 皮
萃 取 - 原 子 吸 收 光 谱 法 测 定 废 水 中 铅 的 方 法 ,
2.10 柚 皮 改 性 及 改 性 柚 皮 对 重 金 属 镉 的 吸 附 性 能 研 究
用 10% 的 NaOH 浸 泡 10g 天 然 柚 皮 纤 维 素 2h 进 行 改 性 , 抽 滤 , 用 蒸 馏 水 洗 涤
至 中 性 , 烘 干 , 粉 碎 , 备 有 。
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按 2.3 实 验 方 法 研 究 溶 液 pH、 吸 附 温 度 、 吸 附 时 间 、 吸 附 剂 用 量 等 影 响 因
素 对 改 性 柚 皮 吸 附 重 金 属 镉 性 能 的 影 响 , 实 验 结 果 表 明 在 pH4.5, 吸 附 时 间 4h,
吸 附 温 度 20-45°C, 吸 附 剂 用 量 0.025g, 吸 附 效 果 最 好 , 吸 附 容 量 达 到
32.50mg/g。
三 、 技 术 创 新 点 和 技 术 解 决 方 案
技 术 创 新 点 :
(1) 以 废 治 废 ---- 利 用 废 弃 的 柚 皮 吸 附 废 水 中 Pb、Cd、Cr 等 重 金 属 。
(2) 柚 皮 来 源 丰 富 、 成 本 低 廉 、 吸 附 效 率 高 、 便 于 后 处 理 。
(3) 建 立 柚 皮 萃 取 - 原 子 吸 收 光 谱 法 测 定 废 水 中 重 金 属 Pb 的 方 法 , 以 Pb
作 为 特 征 重 金 属 考 察 柚 皮 吸 附 剂 的 性 能 , 研 究 成 果 可 以 拓 展 到 其 他 含 Pb 的 工 业
废 水 的 治 理 。
技 术 解 决 方 案 :
本 项 目 的 关 键 技 术 是 柚 皮 吸 附 剂 用 量 、 吸 附 pH 值 、 吸 附 时 间 、 吸 附 温 度 等
吸 附 重 金 属 的 技 术 条 件 的 确 定 , 建 立 柚 皮 萃 取 - 原 子 吸 收 光 谱 法 测 定 废 水 中 重 金
属 的 方 法 。
具 体 的 解 决 方 案 如 下
柚 皮 洗 净 ® 晾 干 ® 烘 干 ® 粉 碎 ® 存 放
金 属 离 子 溶 液 淋 洗
ì 取 一 定 量 柚 皮 吸 附 剂 ¾ ¾ ¾ ¾ ¾
® 吸 附 金 属 离 子 ¾ ¾® 剩 余 金 属 离 子 溶 液
ï
® 取 一 定 量 金 属 离 子 溶 液 ® AAS
í
ï
ï
î 取 一 定 量 半 成 品 改 性 ® 改 性 纤 维 素 ® 制 成 吸 附 剂 ® 同 上 操 作
在 单 个 条 件 确 定 时 , 控 制 其 他 条 件 不 变 , 改 变 单 个 条 件 , 得 出 相 应 的 数 据 ,
找 到 最 佳 值 , 由 此 确 定 最 佳 的 吸 附 条 件 。
在 对 电 镀 废 水 做 吸 附 试 验 时 , 先 对 电 镀 废 液 所 含 金 属 离 子 含 量 进 行 预 测 ,
再 根 据 金 属 离 子 含 量 , 确 定 柚 皮 吸 附 剂 用 量 , 调 节 吸 附 条 件 , 也 可 以 多 次 吸 附 ,
直 到 金 属 离 子 含 量 低 于 电 镀 废 液 排 放 标 准 。
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四 、 科 技 成 果 转 化 、 产 业 化 经 费 投 入 情 况 , 包 括 总 经 费 和 科 研 经 费 投 入 情
况 。
本 科 技 成 果 还 未 转 化 , 没 有 产 业 化 经 费 投 入 。 学 校 给 配 套 经 费 0.8 万 元 ,
还 承 担 专 利 申 请 费 用 约 0.4 万 元 , 本 项 目 财 政 拨 款 2 万 元 , 总 经 费 达 3.2 万 元 。
科 研 经 费 支 出 中 , 专 利 申 请 费 约 0.4 万 元 , 管 理 费 0.14 万 元 , 版 面 、 咨 询 、
资 料 信 息 等 0.8 万 元 , 会 议 研 讨 交 流 费 、 差 旅 费 0.6 万 元 , 实 验 试 剂 材 料 、 测
试 费 0.8 万 元 , 人 员 劳 务 费 0.2 万 元 , 其 他 费 用 0.26 万 元 。
五 、 成 果 转 化 、 产 业 化 完 成 的 技 术 和 经 济 社 会 效 益 指 标 。
成 果 未 转 化 , 无 技 术 和 经 济 社 会 效 益 指 标 。
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