王夏芳
【摘 要】In this study, 1 - butyl - 3 - methylimidazolium hex-afluorophosphate ([C6mim] PF6) modification of bagasse. Modified wastewater adsorption of copper ion solution of known concentra-tion, which contrast the before and after modification of the bagasse and the adsorption of copper ions under different condi-tions. In this study, the adsorption conditions explored, the solu-tion pH value, adsorbent dosage, temperature and adsorption time on the effect of Cu2+ adsorption. The experimental results show that the inputs of the modified bagasse, reaction time, pH, and temperature, both a great impact on the absorption of copper ions.%本实验利用1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（[C6mim] PF6）对甘蔗渣进行改性处理。用改性废水去吸附已知浓度的铜离子溶液，从而对比在甘蔗渣改性前后以及不同条件下吸附铜离子的情况。本研究对吸附条件进行了探索，分别研究了溶液pH值、吸附剂投加量、温度和吸附时间对Cu2+吸附效果的影响。实验结果显示改性甘蔗渣的投入量，反应时间，溶液的pH及反应温度对铜离子的吸收皆有很大影响。
【期刊名称】《国土与自然资源研究》 【年(卷),期】2015(000)001 【总页数】3页(P55-57)
【关键词】改性甘蔗渣;离子液体;铜离子
【作 者】王夏芳
【作者单位】暨南大学公共管理学院，广东广州510632 【正文语种】中 文 【中图分类】X171.5
1 铜离子对环境危害现状
铜是作为重金属，它也是动植物和人类必需的微量元素，微量的铜能促进动植物的生长，但当在生物体内积累到一定数量后，就会出现受害症状，生理受阻、发育停滞，甚至死亡，整个水生生态系统结构、功能受损，崩溃。在许多受Cu毒害的植物中均有发现必需养分的吸收、运输和积累的失调。 铜中毒的植物会出现缺铁失绿。 高Cu还会引起过氧化作用损伤类囊体膜，也会导致失绿。 小麦接触2～10μm Cu时，一些根部和地上部P浓度随外源Cu浓度提高而下降。 另外铜还会抑制亚硝酸还原酶的活性，从而影响N吸收利用[1]。质膜是有机体与外界环境的界面，重金属首先接触并直接影响到细胞质膜的选择透性、组成、结构和生理生化特性。 电导率可以反映细胞膜损伤的程度，也可以反映出重金属毒害大小，大量Cu2+进入植物后，致使细胞膜结构改变，膜系统受到破坏，透性增加，细胞内的一些可溶物质外渗，从而电导率增加。 重金属胁迫对植物的光合作用都有抑制作用，并且降低效应与重金属胁迫程度是相关的。 低浓度下叶绿体的基粒片层开始变稀疏，层次减少，随浓度升高，基粒片层消失，叶绿体功能受到破坏，重金属对叶片色素产生了明显的抑制效应。 Cu2+处理明显降低了水稻幼苗叶片叶绿素的含量[2]，重金属进入水体后，将对水生动物的生长发育、生理代谢过程产生一系列的影响。Zn、Cu、Mn这些金属的积累对鱼性别、身长的影响。 海水重金属离子
（ Cu2+、Zn2+、Cr6+）含超过一定浓度便会引起文昌鱼中毒，使其身体渐成弯曲状而死亡。 此外，重金属还将影响到水生动物的遗传表达。 Cu、Zn、Pb、Cd混合重金属会对鲫鱼DNA合成的抑制[3]。 研究还表明水环境中的Cu2+会对日本沼虾摄食率及体内碱性磷酸酶、胃蛋白酶和类胰蛋白酶的影响。 Cu2+对肝胰腺中碱性磷酸酶无影响； 水环境中外加低浓度的Cu2+（ 2～4μg/L）时可激活消化道中胃蛋白酶和类胰蛋白酶的活性，高浓度（ 8μg/L）时则有抑制作用。 Cu2+、Cd2+和Cr6+对孔雀鱼均为高毒。 3种金属离子对孔雀鱼毒性大小为：
Cu2+>Cd2+>Cr6+[4]。Cu2+可使肝脏溶酶体膜磷脂发生氧化反应，导致溶酶体膜破裂，水解酶大量释放，而引起肝组织坏死。
动物体的富集作用可使添加的铜毒性增强，当人食用了这些超标的动物性食品后，过量的铜在人体内蓄积，会出现一些症状，如威尔逊（ wilson）氏症，这是一种染色体隐性疾病， 可能是由于体内重要脏器如肝、肾、脑沉积过量的铜而引起的。 成年人体内铜含量过高会导致高血压、冠心病、动脉硬化等诸多不良后果，甚至危害人体健康。 2 研究方法
目前国内外对铜等重金属离子造成的污染。 多采用的方法包括物理化学法以及生物处理法两大类。
物理和化学方法包括沉淀法、螯合树脂法、高分子捕集剂法、天然沸石吸附法、膜技术、活性炭吸附工艺、离子交换法等。 另外还有电解法、氧化还原法和铁氧体法等。 它们虽然具有净化效率高、周期较短等优点，但是也各有缺点，如螯合树脂不能通过毒性检验，因此在食品工业和饮用水处理中被禁止使用；膜法的选择性小，排出较高浓度的水需进一步处理；并且这些方法大多流程长、操作麻烦、处理费用较高[5]。 其中生物处理法可以是藻类，还可以是发酵工业中的废弃菌丝体、细菌、放线菌、酵母菌和霉菌等来处理废水。水生植物凤眼莲、香蒲、芦苇、水芹
菜等也可以吸收积累水体中的重金属元素，净化水质。颜昌宙（ 2009）研究得到沉水植物轮叶黑藻和穗花狐尾藻对重金属Cu2+具有较高的生物积累能力。在Cu2+浓度为64 mg·L-1的溶液中暴露96h后， 轮叶黑藻的Cu2+积累量为11 295.31 μg Cu·g-1（ 干重）， 约为相同实验条件下穗花狐尾藻Cu2+积累量的1.6倍[6]。
在众多的方法中吸附法是一种成熟的、简单易行的水处理方法， 特别适于水量大污染物浓度低的废水，所以得到广泛的运用。 王松学（ 2007）高岭石对水溶液中的铜离子具有良好的吸附作用，吸附过程比较符合准二级动力学模型；说明高岭石吸附铜离子随着pH的升高，高岭石对Cu2+的吸附量增加[7]。 朱一民等（ 2003）利用海藻酸钠对水相中Cu2+的吸附，铜离子去除率的大小与水相中铜离子的初始质量浓度有关，对含铜量较高的水样，海藻酸钠对溶液中Cu2+的去除率最高达81%， 对含铜量较低的水样，Cu2+的去除率达99.15%；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[8]。
本实验利用1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（ [C6mim]PF6）对甘蔗渣进行改性处理。 用改性废水去吸附已知浓度的铜离子溶液，从而对比在甘蔗渣改性前后以及不同条件下吸附铜离子的情况。 本研究对吸附条件进行了探索，分别研究了溶液pH值、吸附剂投加量、温度和吸附时间对Cu2+吸附效果的影响。 3 实验分析
3.1 主要实验仪器及药品 3.1.1 仪器
实验过程中需要的仪器如表1。 3.1.2 药品
硫酸铜：分析纯；pH=4.00的缓冲液邻苯二甲酸氢钾；Ph=6.86的缓冲液混合磷酸盐，离子液体：1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（ [C6mim]PF6）；实验用水：蒸馏水。 3.1.3 试剂的配置
1g/LCu2+标准溶液的配制： 精确称取1.000g铜于50ml烧杯中，加入1：1的硝酸溶液20ml，温热，待完全溶解后，转至1000ml容量瓶中，用高纯水定容，摇匀即得[9]。
pH＝4.00的缓冲液的配制：取一定量邻苯二甲酸氢钾，将其倒入小烧杯中溶解，定量转移到250ml容量瓶中，高纯水定容后，摇匀即得。
Ph=6.86的缓冲液的配制：取一定量混合磷酸盐，将其倒入小烧杯中溶解， 定量转移到250ml容量瓶中，高纯水定容后，摇匀即得。 3.1.4 原子吸收实验参数
采用空气乙炔火焰原子吸收光度法测定微量元素，用火焰原子吸收光谱法测定，仪器工作参数如表2。 3.2 实验方法 3.2.1 原渣的制备
本实验所用的甘蔗渣是取自市区某榨果汁店的黄皮甘蔗渣。 将甘蔗渣用蒸馏水浸泡1小时后洗涤，以去除多余的糖分及可溶性物质。 经多次浸泡洗涤，待沥干后将其放在100℃的烘烤箱里烘烤， 直至甘蔗渣完全干燥。 待冷却后，用粉碎机粉碎甘蔗渣，并将粉碎后的渣过60目筛， 即可获得用于吸附重金属离子的原渣。 表1 实验过程中需要的仪器仪器名称 仪器型号 生产厂家原子吸收分光光度计电热式烘干箱电子天平北京普析通用仪器有限责任公司TAS-986 J2607 BS224S--抽滤装置漳州工业学校教学仪器厂赛多利斯科学仪器（ 北京）有限公司上海崇明实验仪器厂
表2 仪器工作参数元素 波 长(nm)燃烧器高度(mm)Cu 324.8 7.5 2.0 15.0 7.5灯电流(mA)燃气流量(L·min-1)助燃气流量(L·min-1) 3.2.2 离子液改性渣的制备
本实验选取的离子液浓度为10%。 首先配制适量10%的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（ [C6mim]PF6），将其加入到装有原渣的烧杯中，使甘蔗渣充分浸泡48h。然后将浸泡的甘蔗渣过滤，并用蒸馏水多次洗涤，以除去残留的离子液。 把洗净的离子液改性渣放入50℃的烘烤箱中烘干以备用。 3.2.3 吸附实验
用移液管取25ml 100mg·L-1的铜离子溶液于烧杯中，称取一定量的改性渣（ 离子液改性甘蔗渣，以后都会写为改性渣）加入到此烧杯中，在室温下让其进行吸附反应。 吸附一定时间后过滤，用1ml的移液管移取1ml此滤液于50ml的容量瓶中，用0.5%的HNO3定容。 以0.5%HNO3做空白液，然后使用原子吸收分光光度计测得其吸光度，并通过标准曲线读出对应浓度，从而算出Cu2+的吸附率η。
式中：η 为Cu2+吸附率，%；c0、ct分别为吸附前后溶液中的Cu2+质量浓度，mg/L。
在其他条件一定的情况下，分别测定不同pH，不同吸附剂投加量，不同吸附时间，不同吸附温度对改性甘蔗渣吸附Cu2+的影响。最后在较优条件下测定改性渣和原渣分别对Cu2+的吸附效果。 3.3 实验结果及分析 3.3.1 标准曲线的测定
用火焰原子吸收分光光度计在以上的工作条件下测定Cu元素的吸光度A（ 见表3），以A为纵坐标、标准溶液浓度（ c）为横坐标进行线性回归，作出标准曲线。 应用火焰原子吸收光谱法，在优化的仪器工作条件下编辑测定方法，依次引入标样
空白，标准溶液，样品空白， 样品溶液， 以元素浓度分别为0.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00μg·mL-1的标准系列溶液，建立Cu的标准工作曲线。 如下图1。
3.3.2 结果与讨论
保持其他试验条件不变，考察改性甘蔗渣投加量对Cu2+吸附效果的影响，结果图2所示。可见，当改性甘蔗渣投加量为0.05g时，Cu2+吸附率为46.15%，当投加量增加到0.20g时，Cu2+吸附率上升到73.22%；当投加量继续增加到0.30g时，Cu2+吸附率达到79.21%，当投加量超过0.30g时， 吸附率随投加量的增幅并不显著。 考虑到在实际运用中，本着降低成本，创造最大经济效益的原则,本研究的改性甘蔗渣宜取0.30g。
表3 用火焰原子吸收分光光度计在以上的工作条件下测定Cu元素的吸光度A浓度（ μg·mL-1） Cu的吸光度A 024681 0 0.0001 0.0651 0.1188 0.1883 0.2455 0.3087
图1 Cu的标准工作曲线
当甘蔗渣的投加量为0.30g，而其他的条件下，铜离子的吸附率随反应时间的增加而增大，当反应时间为120min，铜离子的吸附率可达到77.31%，在通过延长反应时间铜离子的吸附率增加不明显（ 图3）。 3.3.3 溶液pH值对吸附效果的影响
当投加量为0.30g反应时间为120min， 而其他的条件不变的情况下， 通过图4可知随pH的增大吸附率增大，当pH为5.13时增大效果不在明显。 之后随着pH的增大会有一定量的氢氧化铜析出。 3.3.4 温度对吸附效果的影响
通过图5可知随着反应温度的升高，铜离子的吸附率反而减小。 10℃时的吸附率为85%，20℃时的吸附率可达到82.17%。 反应温度为80℃时的吸附率只有
42.32%。 这是由于吸附是一个放热反应，当反应达到平衡后，升温反而使反应向脱吸的方向进行。 虽然温度低对吸附效果有利，但是要达到低温所需的能耗高，并不经济。 故最佳反应温度为室温即可。 4 结论
利用离子液体对甘蔗渣进行改性研究可以得到在投加量为0.30g时的吸收率为79.21%，此时在增加投入量吸附量增加不明显，本着节约成本和经济利益最大化的最适宜投加量为0.30g。 最佳反应时间为120min，最佳pH为5.13，而最适宜的反应温度为室温即可。 本实验在探究的利用离子液体对甘蔗渣进行改性处理，可以提高甘蔗渣的吸附能力，能更有效的甘蔗渣。 我国作为的制糖大省，每年产生甘蔗渣不计其数，能合理，高效的利用这一批资源，作为处理工业废水的原料，机能改善环境，又能创造一定的经济效益。 图3 反应时间对吸附率的影响 图4 PH对吸附率的影响 图5 反应温度对吸附率的影响
【相关文献】
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