巯基／羧基改性麦糟吸附水中三价砷的研究

摘要:工农业的快速发展导致水体中砷污染成为棘手的环境问题之--。基于生物吸附法快速.经济、可逆.环境友好等性质以及废麦糟量大.易得的特点,同时为了顺应我国《生活饮用水卫生标准》(CB5149—2006 ) ,以低浓度含As皿水为处理对象,啤酒麦糟(SG)为原料,基于密度泛函理论和前线轨道理论,经疏基乙酸、乙酸改性制备疏基乙酸改性麦糟(TSG)和乙酸改性麦糟(ASG)两种吸附剂,并对其结构进行表征。考察了溶液pH值,吸附时间及Asl皿初始浓度对TSG和ASG吸附 As皿性能的影响。结果表明,吸附过程符合准二级动力学方程,吸附过程为化学吸附;TSG和ASG对 As皿)的吸附行为可用Langmuir模型描述。研究结果可为含砷地下水的深度净化提供理论依据和技术参考。

关键词:疏基乙酸;乙酸;改性麦糟;As;吸附

砷对植物﹑动物以及人体危害严重,天然水体中无机砷的主要存在形态有As(V)和As(⒅两种,其中地表水中的砷主要是As( V),而地下水中的以As(里)为主,且As(的迁移性及毒性远远大于As( V)。含砷矿的开采、除草剂及杀虫剂的使用均可导致水体中砷浓度的增加。长期饮用低浓度含砷水(≤50 ug/L)将出现皮肤癌、肺癌等疾病""。世界卫生组织(WHO)及我国对饮用水砷的最大浓度限制要求标准均为10 ug/L2。

目前除砷技术主要有离子交换法﹑沉淀法和絮凝法等{ 35},这些技术除As(V)的效率均较高,但除As(邮时则出现处理成本高﹑效率低﹑能耗高等问题6。吸附法,尤其是生物吸附技术因具有经济性、无二次污染等优势,常被用于解决砷污染问题。 啤酒行业的副产物麦糟( spent grain，SG)因富含纤维素而常被用作生物吸附剂,但麦糟本身的吸附能力不强,必须通过化学改性引人某种基团以提高其吸附性能。国内外已有研究表明对麦糟进行化学改性后可用于吸附水中的镉、铅、砷[9-10]。由于硫具有很强的配位能力,利用硫基乙酸改性可明显改善吸附剂性能"。鉴于此,本文研究基于密度泛函理论和前线轨道理论,以啤酒麦糟为研究基体,通过对其进行疏基乙酸改性制备新型生物吸附剂,考察改性麦糟在不同条件下对水中As(的吸附性能,并与乙酸改性生物吸附剂吸附去除As(的效果进行对比。

研究结果可为含砷地下水的深度净化提供理论依据和技术参考。

实验方法

1. 1实验试剂与仪器 试剂:砷标准溶液、HCI、NaOH、乙醇、硫基乙酸、乙酸等均为分析纯。 主要仪器:101 - 1AB型电热鼓风干燥箱、UV-2100分光光度计、3510 型原子吸收分光光度计、PHS-3C酸度计.SHA-C水浴恒温振荡器、日本电子JSM-6360LV扫描电子显微镜、美国Nicolet380傅立叶变换红外光谱仪﹑英国Model ZEN 2010 Zeta电位测定仪。

1.2砷与各基团配合的理论计算 Materials Studio是一款材料模拟计算的软件,本文研究运用Materials Studio5.5中的 Dmol’模块计算了砷与不同官能团配位的稳定性及前线轨道能量,以确定不同官能团与砷的配合能力。结果如图1和表1所示。