用LIBS和XRF吸附法从合成废水中分离铜（II）和钴（II）离子外文翻译资料

 2023-09-05 10:05:53

英语原文共 9 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

用LIBS和XRF吸附法从合成废水中分离铜（II）和钴（II）离子

摘要

天然鱼骨具有独特的吸附能力，目前已被用于从废水中去除重金属、铜和钴。研究发现，吸附过程取决于初始金属浓度和接触时间。采用激光诱导击穿光谱（LIBS）作为光谱化学分析技术，对水样进行了定性和定量分析。利用X射线荧光（XRF）作为另一种光谱化学分析方法，对废水的修复进行了研究。去除铜（II）和钴（II）的最佳接触时间分别为270分钟和300分钟。此外，初始浓度较低时吸附铜（II）和钴（II）的百分比较高，随重金属初始浓度的增加而降低。Langmuir和 Freundlich的吸附等温模型被用来平衡吸附数据分析，结果表明，Freundlich等温线能很好地反映实验结果，相关系数接近1。然而，与伪一阶模型相比，伪二阶动力学模型为鱼骨吸附重金属的实验数据提供了最佳适配。研究结果表明，利用溴化锂和X射线荧光分析污染物废水是可行的。

关键词 钴和铜离子 吸附作 鱼骨 光谱化学技 等温线模型

1 介绍

重金属污染水对人类、动物和植物有有害的影响，会造成严重的生态问题。随着工业的快速发展，铜、钴等重金属在水中被发现。纺织、采矿、汽车金属加工以及冶金工业都会在附近的排水沟中排放出不同的重金属。由于这些污染物具有很高的毒性，为治理污染废水，已经付出了大量的努力。利用化学沉淀、反渗透、膜过滤、离子交换和氧化还原等常规理化处理技术去除废水中的重金属。在这些技术中，吸附法因其效率高、适应性强、操作方便等优点，成为去除废水中重金属的一种有效且经济的技术。近年来，鱼类和动物骨骼、骨炭和食物垃圾等不同来源的生物源性水解石（HAP）被用作废水修复的吸附材料。鱼骨作为一种独特的低成本、自然丰度的材料，已被证明是工业应用中最有效的重金属吸附剂之一。鱼骨的吸附效率是由于羟基磷灰石(Ca10(Po4)6(OH)2)结构的存在，而羟基磷灰石的存在依赖于钙离子与重金属的交换反应。

利用激光诱导击穿光谱（LIBS）和X射线荧光（XRF）等光谱化学分析技术可以有效地跟踪吸附过程。LIBS使用激光产生的等离子体作为材料蒸发、雾化和激发的来源。该技术已成功地应用于固体、液体和气体样品的分析。LIBS还为大气压力下的实时多元素分析提供了引人注目的功能，包括远程应用，无需或少量的样品制备，此外还具有非侵入性和准无损性。这种激光光谱技术具有定性和半定量元素分析的能力，能够检测大多数现有物种，如主要成分和/或低和高Z值的微量元素。由于所需设备的简单性和紧凑性，与其他技术（如原子吸收光谱法或电感耦合等离子体光发射光谱法）相反，也可以在便携式系统中使用LIBS。LIBS在环境应用、污染物追踪和重金属污染检测方面具有巨大的潜力。另一方面，XRF作为一种成熟的光谱化学分析技术，具有非破坏性、样品制备量小、操作简单、适用于便携式设备的独特优势。由于XRF分析的简单性，它已被广泛应用于许多环境应用中。金属的LIBS和XRF检测极限通常在ppm范围内。本研究的主要目的是确定鱼骨对重金属的吸附效率。考察了初始金属浓度和接触时间随吸附参数的变化。通过XRF技术测量验证了LIBS结果。本文报告了鱼骨作为废水中铜和钴的有效吸附剂的吸附等温线和动力学研究。我们的研究结果与之前的研究结果有所不同，主要是通过关注吸附过程的动力学，并通过跟踪吸附铜和钴在鱼骨上的浓度来证明Libs技术作为环境诊断技术的潜力。

2 实验

吸附剂的制备

从开罗大学附近的当地市场上获得了作为基本吸附剂的晚熟尼罗河鱼骨（埃及尼罗河鲈鱼）。去除脂肪和固体残留物后，用热蒸馏水清洗鱼骨数次。然后将在40℃下干燥24h的骨头磨碎并筛至约300mm大小。

合成废水的制备

将3.93 g结晶硫酸铜“CuSO4·5H2O”和4.036 g结晶氯化钴（CoCl2）分别溶解在1升蒸馏水中，制备铜离子（CuII）和钴离子（Co II）溶液的标准合成废水储备液（1000 mg·L-1）。稀释铜（II）和钴（II）的标准溶液，以获得实验测量所需的不同浓度（50、100、150、200、250和300 mg·L-1）。

吸附研究

通过将300 ml金属溶液与2.0 g干重的鱼骨吸附材料混合，在500 ml的锥形烧瓶中进行吸附实验。在室温（25plusmn;2℃）下，初始pH为（6.6plusmn;0.1）的200 rpm磁力搅拌器上将混合物搅拌预定的时间间隔（从30 min到6 h）。然后，每种情况下，溶液在30分钟后用0.7毫米滤纸（Whatman，产品目录号1001 125）过滤。然后收集鱼骨滤液并干燥，处理后的废水收集并储存在玻璃瓶中。

LIBS设置

所有实验都是使用一个典型的单脉冲LIBS装置进行的，该装置采用Q开关，Nd：YAG激光器（Brio，奎尔，法国），工作波长为1064nm。激光脉冲能量为96mJ，脉冲持续时间为5ns，重复频率为10Hz。测量是在大气环境压力下进行的。激光通过10cm焦距的平凸石英透镜聚焦到目标表面。一根直径为600毫米的2米长光纤以45度角安装在目标表面上，以收集等离子体梅的发射，然后将其送入埃谢尔光谱仪（Mechelle 7500，多频道，瑞典）的入口狭缝，覆盖200-1000纳米的光谱波长范围，覆盖200-1000纳米的光谱波长范围（可在单个光谱中显示）。增强型CCD相机（DICAM Pro，PCO计算机光学，德国）检测等离子体发射光谱。用LIBS 软件对得到的LIBS谱线进行了分析和识别。每个LIBS光谱代表每个鱼骨样品靶上5个不同位置的25个光谱的平均值。本装置实验参数的详细研究可以在我们之前的工作中找到。LIBS分析的最佳实验条件是延迟时间（td）是激光发射和触发探测器（ICCD摄像机）之间的时间间隔，以及门宽度（dt）是探测器敏感的时间，分别为1500ns和2500ns。这些条件提供了很好的光谱信噪比。激光诱导等离子体定量分析应满足局域热力学平衡条件（LTE）。在现有实验条件下，等离子体温度Te在6267～10676K之间，电子密度Ne(cm-3)大于1016，满足McWhirter标准（Tegt;5000K，Negt;1016）。

XRF设置

如上所述，还通过XRF技术对样品进行了分析。一种X射线荧光光谱仪(便携式X射线荧光光谱仪，赛默飞世尔，Niton/XLT 8138，592 GKV，美国)具有带金阳极激发源的40千伏X射线管。该光谱仪的探测范围从硫元素扩展到铀元素，对高Z元素的探测范围较低。利用先进的NITON软件对得到的X射线荧光光谱进行了分析。

扫描电子显微镜（SEM）

扫描电子显微镜（扫描电子显微镜，飞泉FEG 250系列，日本）的研究在放大10至10000。它已被用于样品的形态特征，以阐明生物吸附剂的多孔性。对于横截面检查，是将碎片样品嵌入碳片中。

3结果和讨论

扫描电子显微镜（SEM）分析

为了明确对骨表面形态的吸附作用，鱼骨表面的物理形态如图1所示。扫描电镜照片描述了在初始pH（6.6plusmn;0.1）和最高浓度300mg·L-1条件下，吸附前后的表面形态。

为了进行比较研究，所有图像都放大2000倍。对图1（a）所示的扫描电镜图像的分析表明，干燥的纯鱼骨表面有许多小孔，这些小孔有助于增加表面积，从而提高吸附能力和效率。

图1。（a）吸附前鱼骨的扫描电镜图像（b）吸附铜（II）后（c）吸附钴（II）后【在初始pH（6.6plusmn;0.1）270分钟后300 mg l-1浓度中】。

图1（b）和（c）将鱼骨表面铜（II）和钴（II）的吸附过程进行比较。图1（b）表明吸附剂表面出现的所有孔隙几乎完全被钴（II）离子覆盖。另一方面，显然图1（c）表明鱼骨表面部分被钴（II）离子覆盖。

接触时间和金属离子初始浓度对脱除过程的影响

图2（a）、（c）分别用LIBS法分析描述了接触时间对不同浓度合成废水中的鱼骨对铜（II）和钴（II）的吸附吸收的影响。结果表明，LIBS强度和吸附量随接触时间的增加而增加，直至铜（II）的平衡点270min，钴（II）的平衡点为300min。如图2（b）、（d）所示的相同实验条件下，利用XRF法分析，强调了接触时间对铜（II）和钴（II）在鱼骨上的吸附吸收的影响。

图3（a）、（b）显示了通过相同初始浓度的XRF分析，接触时间分别对从合成废水中去除铜（II）和钴（II）的影响。在图3（a）中，很明显强度的降低是由于接触时间的增加而引起的。

应注意的是，由于具有较大的表面积和吸附剂的特定位置，开始时鱼骨上的金属阳离子吸附更高。达到饱和意味着吸附剂中的所有活性部位都被占据。

图2。接触时间对不同浓度Libs（a，c）和xrf（b，d）对鱼骨铜（ii）和钴（ii）吸附的影响。

吸附等温线

属离子去除率e的吸附效率计算公式如下：

E=(ci-ce)/citimes;100 （1）

接触时间（min）

强度a.u.

强度a.u.

接触时间（min）

图3。接触时间对用XRF从不同浓度的合成废水中去除（a）铜（ii）和（b）钴（ii）的影响。

其中ci为初始金属离子浓度（mg·l-1），ce为平衡金属离子浓度（mg·l-1）。计算在30分钟的固定接触时间内进行，初始pH（6.6plusmn;0.1）和温度（25plusmn;2°C）。

图4显示了在先前规定的条件下，由式（1）计算的去除效率与不同初始金属浓度的百分比。这些结果表明，在所有浓度下，铜的去除效率都高于钴。两种元素在吸附剂表面的离子交换能力的差异可以证明这两种元素在去除效率上的差异。然而，在这个问题中，也可以考虑对每种元素的电荷密度、水解程度和水解金属离子在溶液中的溶解性的依赖性。

去除效率%

浓度（ppm）

图4。初始金属浓度对铜（II）和钴（II）去除率的影响。误差条代表实验数据的标准偏差。

吸附等温线模型

在固定的温度下，吸附质吸附到溶液中剩余的量称为吸附等温线，它描述了吸附剂和溶液相浓度之间的平衡关系。Langmuir和Freundlich等温线模型是最广泛的吸附等温线模型，用于量化吸附质的吸附能力。

Langmuir等温线

该模型假设吸附剂在吸附质上具有均匀的吸附能量，从而提供单层均相吸附。Langmuir等温线的线性形式如下：

（2）

qe（mg·g-1）是在规定的等容室吸附金属离子的量，qmax（mg·g-1）是每单位重量吸附剂中金属离子的最大量，b（L·mg-1）是与吸附能有关的Langmuir吸附等容室常数。

图5（a），（b）显示了铜（II）和钴（II）的Langmuir吸附等温线图，分别为1/ce和1/qe。通过线性回归，由截距等于1/qmax和斜率等于1/bqmax计算得到朗缪尔常数qmax和b的值。通常，高相关系数分别为0.8888和0.8623，表明应用Langmuir方程可以在吸附剂表面形成单层。

在相应的图上给出了铜和钴离子吸附的Langmuir等温线常数。铜（II）的b和qmax分别为0.25和35.12，钴（II）的b和qmax分别为0.06和23.46，说明吸附过程取决于浓度和接触时间。

Langmuir等温线可以用一个无量纲常数来描述，称为分离因子或平衡因子RL，由下式给出：

（3）

b为Langmuir常数（L·mg-1），CO为初始浓度（mg·L-1）。利用RL预测了吸附等温线的形状，给出了金属离子在吸附剂上吸附的有利性信息。根据方程式（3

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[608784]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章