泰妙菌素废盐活性炭的制备及吸附EDTA-Pb（Ⅱ）的研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2023-0772

摘要/Abstract

摘要：

工业废水中的有机配体和重金属离子结合形成络合态重金属，络合态重金属的排放会导致严重的环境及人体健康问题。采用热解炭化法将医药固体废弃物——泰妙菌素废盐制备成废盐活性炭（WSAC）并用于去除模拟废水中的EDTA-Pb（Ⅱ），利用SEM、BET表征WSAC的性质；基于静态吸附试验研究了溶液初始pH、共存离子对WSAC吸附EDTA-Pb（Ⅱ）行为的影响；通过吸附动力学、等温线拟合，利用FTIR、TOC、Zeta电位等表征探究其吸附机理。结果表明：WSAC对EDTA-Pb（Ⅱ）的吸附过程符合伪一级动力学和Langmuir模型，吸附速率受物理过程主导且为单分子层均相吸附；随着pH的升高，WSAC对EDTA-Pb（Ⅱ）的吸附效果降低；共存阴离子的加入会与EDTA-Pb（Ⅱ）竞争吸附位点，对吸附起抑制作用；WSAC对EDTA-Pb（Ⅱ）的吸附机制主要为孔隙填充和静电吸附的协同作用。将WSAC用于吸附工业废水中的EDTA-Pb（Ⅱ），为泰妙菌素废盐的资源化利用提供一种途径，也为工业废水中EDTA-Pb（Ⅱ）的去除提供新方法。

关键词: 工业废水, 络合态重金属, EDTA-Pb（Ⅱ）, 泰妙菌素废盐, 吸附

Abstract:

The organic ligands in industrial wastewater combine with heavy metal ions to form complexed heavy metals. The emission of complexed heavy metals will lead to serious environmental problems and human health problems. The waste salt activated carbon(WSAC) was prepared by pyrolytic carbonization and used to remove EDTA-Pb(Ⅱ) from simulated wastewater. The properties of WSAC were characterized by SEM and BET. Based on static adsorption experiments, the effects of initial pH of solution and coexisting ions on the adsorption behavior of EDTA-Pb(Ⅱ) by WSAC were studied. Adsorption kinetics and isotherm simulation, FTIR, TOC and Zeta potential were used to explore the adsorption mechanism. The results showed that the adsorption process of EDTA-Pb(Ⅱ) by WSAC was in line with the pseudo-first-order kinetics and Langmuir model, The adsorption rate was dominated by a physical process and was a homogeneous adsorption in a molecular layer. With the increase of pH, the adsorption effect of WSAC on EDTA-Pb(Ⅱ) decreased. The addition of coexisting anions could compete with EDTA-Pb(Ⅱ) for adsorption sites and inhibited the adsorption. The mechanism of adsorption of EDTA-Pb(Ⅱ) by WSAC was mainly the synergistic effect of pore filling and electrostatic adsorption. In this paper, WSAC was used to adsorb EDTA-Pb(Ⅱ) in industrial wastewater, which provided a way for the resource utilization of taymycin waste salt,and also provided a method for the removal of EDTA-Pb(Ⅱ) in industrial wastewater.

Key words: industrial wastewater, complex heavy metal, EDTA-Pb(Ⅱ), taymycin waste salt, adsorption

中图分类号:

TQ424.1

胡雅, 孙晓蕾, 陆静宇, 孙秀云. 泰妙菌素废盐活性炭的制备及吸附EDTA-Pb（Ⅱ）的研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(8): 133-139.

Ya HU, Xiaolei SUN, Jingyu LU, Xiuyun SUN. Preparation of Tymycin waste salt activated carbon and its adsorption performance for EDTA-Pb(Ⅱ)[J]. Industrial Water Treatment, 2024, 44(8): 133-139.

https://www.iwt.cn/CN/Y2024/V44/I8/133

图/表 13

图1 泰妙菌素废盐产生流程

Fig.1 Flow chart of Taymycin waste salt production

表1 废盐的工业分析和XRF分析结果

Table 1 Industrial analysis and XRF analysis of waste salt

工业分析
项目	灰分		挥发分			水分			固定碳
质量分数/%	46.75		51.75			2.27			0.02
XRF分析
项目	Na	K		P	S		Cl	Br		O
质量分数/%	47.77	0.059		0.45	21.61		6.719	0.43		22.96

图2 废盐二氯甲烷浸取液的气相色谱

Fig.2 The gas chromato of dichloromethane extract of waste salt

表2 泰妙菌素废盐中有机物及其含量

Table 2 Organics and contents in waste salt of byproduct of tamyocin

时间/min	化学名称	化学式	峰面积百分比/%
10.46	三正丁胺	C₁₂H₂₇N	12.96
18.76	对甲砜基甲苯	C₈H₁₀O₂S	*
38.65	泰妙菌素杂质A	C₂₀H₃₂O₃	60.57
39.06	截短侧耳素	C₂₂H₃₄O₅	12.01
其他	—	—	11.81

图3 不同煅烧温度、煅烧时间下WSAC的SEM

Fig.3 SEM of WSAC at different calcination temperature and time

图4 不同煅烧温度、不同煅烧时间下WSAC的BET

Fig.4 BET of WSAC at different calcination temperature and time

图5 WSAC对EDTA-Pb（Ⅱ）的吸附动力学曲线

Fig.5 Adsorption kinetics of EDTA-Pb（Ⅱ） by WSAC

图6 WSAC对EDTA-Pb（Ⅱ）的吸附等温曲线

Fig.6 Adsorption isotherm curve of EDTA-Pb（Ⅱ） by WSAC

图7 溶液初始pH对WSAC吸附EDTA-Pb（Ⅱ）的影响

Fig.7 Effect of initial pH of solution on adsorption of EDTA-Pb（Ⅱ） by WSAC

图8 溶液中共存阴离子对WSAC吸附EDTA-Pb（Ⅱ）的影响

Fig.8 Effect of coexisting anions on adsorption of EDTA-Pb（Ⅱ） by WSAC in solution

图9 WSAC吸附EDTA-Pb（Ⅱ）循环实验结果

Fig.9 Experimental results of cycle adsorption of EDTA-Pb（Ⅱ） by WSAC

图10 红外光谱（a）、溶液中有机物浓度变化（b）、吸附前后EDTA-Pb的紫外光谱（c）

Fig.10 FTIR（a），change of organic matter content in solution（b），ultraviolet of EDTA-Pb（Ⅱ） before and after adsorption（c）

图11 Zeta电位表征（a）和EDTA-Pb（Ⅱ）溶液的MINTEQ拟合（b）

Fig.11 Zeta potential characterization（a） and MINTEQ fitting of EDTA-Pb（Ⅱ） solution（b）

参考文献 21

1	HANHAUSER E， BONO M S Jr， VAISHNAV C，et al. Solid-phase extraction，preservation，storage，transport，and analysis of trace contaminants for water quality monitoring of heavy metals［J］. Environmental Science & Technology，2020，54（5）：2646-2657. doi:10.1021/acs.est.9b04695
2	TURNER A. Heavy metals in the glass and enamels of consumer container bottles［J］. Environmental Science & Technology，2019，53（14）：8398-8404. doi:10.1021/acs.est.9b01726
3	LIU Yue， QU Guangzhou， SUN Qiuhong，et al. Endogenously activated persulfate by non-thermal plasma for Cu（Ⅱ）-EDTA de complexation：Synergistic effect and mechanisms［J］. Chemical Engineering Journal，2021，406：126774. doi:10.1016/j.cej.2020.126774
4	PAN Meilan， ZHANG Chen， WANG Jiong，et al. Multifunctional piezoelectric heterostructure of BaTiO₃@Graphene：De complexation of Cu-EDTA and recovery of Cu［J］. Environmental Science & Technology，2019，53（14）：8342-8351. doi:10.1021/acs.est.9b02355
5	ZHU Ying， FAN Wenhong， ZHOU Tingting，et al. Removal of chelated heavy metals from aqueous solution：A review of current methods and mechanisms［J］. Science of the Total Environment，2019，678：253-266. doi:10.1016/j.scitotenv.2019.04.416
6	XU Zhe， WU Tiancheng， CAO Yu，et al. Efficient de complexation of heavy metal-EDTA complexes by Co²⁺/peroxymonosulfate process：The critical role of replacement mechanism［J］. Chemical Engineering Journal，2020，392：123639. doi:10.1016/j.cej.2019.123639
7	WANG Tiecheng， CAO Yang， QU Guangzhou，et al. Novel Cu（Ⅱ）- EDTA de complexation by discharge plasma oxidation and coupled Cu removal by alkaline precipitation：Underneath mechanisms［J］. Environmental Science & Technology，2018，52（14）：7884-7891. doi:10.1021/acs.est.8b02039
8	陈聪，周岭，赵亚东，等. 新疆4种农业废弃物生物质炭的吸附特性研究［J］. 化工新型材料，2022，50（2）：187-191.
	CHEN Cong， ZHOU Ling， ZHAO Yadong，et al. Study on adsorption characteristics of biomass carbon from four agricultural wastes in Xinjiang［J］. New Chemical Materials，2022，50（2）：187-191.
9	王昱，王浩，周海云. 化工废盐处理处置技术与政策的发展研究［J］. 污染防治技术，2017，30（4）：11-15．
	WANG Yu， WANG Hao， ZHOU Haiyun. Study on the technology and policy of chemical waste salt treatment and disposal［J］. Pollution Control Technology，2017，30（4）：11-15.
10	贺周初. 化工生产中副产盐渣的处理及资源化利用［J］. 农药研究与应用，2008，12（4）：16-18． doi:JournalArticle/5af26e98c095d718d8f34ccc
	HE Zhouchu. The disposal and reclamation of byproduct salt residue in chemical production［J］. Pesticide Research and Application，2008，12（4）：16-18． doi:JournalArticle/5af26e98c095d718d8f34ccc
11	周海云，鲍业闯，邹明璟，等. 农药废盐回转窑高温熔融处理技术实践与分析［J］. 工业水处理，2021，41（8）：140-145.
	ZHOU Haiyun， BAO Yechuang， ZOU Mingjing，et al. Practice and analysis of high temperature melting treatment technology for pesticide waste salt in rotary kiln［J］. Industrial Water Treatment，2021，41（8）：140-145.
12	张森，王军，陈天虎，等. 农药行业NaCl-KCl型废盐热处理研究［J］. 无机盐工业，2023，55（2）：106-112.
	ZHANG Sen， WANG Jun， CHEN Tianhu，et al. Research on heat treatment of NaCl-KCl waste salt in pesticide industry［J］. Inorganic Chemicals Industry，2023，55（2）：106-112.
13	李宁宇，孙晓蕾，邹明璟，等. 医药副产含磷废盐的提纯研究［J］. 无机盐工业，2021，53（3）：73-77. doi:10.11962/1006-4990.2020-0204
	LI Ningyu， SUN Xiaolei， ZOU Mingjing，et al. Study on purification of phosphorus waste salt produced by medicine［J］. Inorganic Chemicals Industry，2021，53（3）：73-77. doi:10.11962/1006-4990.2020-0204
14	陈波，梁朝丽，王锋，等. 黄钾铁矾对Mo（Ⅵ）的吸附行为和机理研究［J］. 工业水处理，2023，43（2）：82-88.
	CHEN Bo， LIANG Chaoli， WANG Feng，et al. Adsorption behavior and mechanism of jarosite for Mo（Ⅵ）［J］. Industrial Water Treatment，2023，43（2）：82-88.
15	张蕾，刘雪岩，姜晓庆，等. 纳米TiO₂对钼（Ⅵ）的吸附性能［J］.中国有色金属学报，2010，20（2）：301-307.
	ZHANG Lei， LIU Xueyan， JIANG Xiaoqing，et al. Adsorption properties of nano-TiO₂ for Mo（Ⅵ）［J］. The Chinese Journal of Nonferrous Metals，2010，20（2）：301-307.
16	冯江涛，王桢钰，闫炫冶，等. 吸附去除水体重金属离子的影响因素研究进展［J］. 西安交通大学学报，2022，56（2）：1-16. doi:10.7652/xjtuxb202202001
	FENG Jiangtao， WANG Zhenyu， YAN Xuanye，et al. A review on factors influencing heavy metal ion removal by adsorption from water［J］. Journal of Xi’an Jiaotong University，2022，56（2）：1-16. doi:10.7652/xjtuxb202202001
17	陈佼，李晓媛，刘钰洁，等. 槟榔渣生物炭对水中亚甲基蓝的吸附特性及机制［J］. 工业水处理，2023，43（3）：55-63.
	CHEN Jiao， LI Xiaoyuan， LIU Yujie，et al. Adsorption characteristics and mechanism of methylene blue in aqueous solution by areca residue biochar［J］. Industrial Water Treatment，2023，43（3）：55-63.
18	吴萍萍，曾希柏，李莲芳，等. 离子强度和磷酸盐对铁铝矿物及土壤吸附As（Ⅴ）的影响［J］. 农业环境科学学报，2012，31（3）：498-503.
	WU Pingping， ZENG Xibai， LI Lianfang，et al. The effect of ionic strength and phosphate on As（Ⅴ） adsorption on different iron/aluminum minerals and soils［J］. Journal of Agro-Environment Science，2012，31（3）：498-503.
19	黄烽明，潘小芳，李兵，等. Mg/Ca浸渍改性生物炭去除废水中磷的研究［J］. 工业水处理，2023，43（4）：52-62. doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-0439
	HUANG Fengming， PAN Xiaofang， LI Bing，et al. Study on phosphorus removal from wastewater by Mg/Ca impregnated modified biochar［J］. Industrial Water Treatment，2023，43（4）：52-62. doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-0439
20	丁秘，康文晶，冯程龙，等. 人工合成水铁矿对水中六价铬的吸附特征研究［J］. 工业水处理，2017，37（2）：29-33. doi:10.11894/1005-829x.2017.37(2).029
	DING Mi， KANG Wenjing， FENG Chenglong，et al. Research on the adsorption characteristics of synthetic ferrihydrite for hexavalent chromiumon in water［J］. Industrial Water Treatment，2017，37（2）：29-33. doi:10.11894/1005-829x.2017.37(2).029
21	ZHANG Li， WU Bingdang， ZHANG Guoyang，et al. Enhanced de complexation of Cu（Ⅱ）-EDTA：The role of acetylacetone in Cu-mediated photo-Fenton reactions［J］. Chemical Engineering Journal，2019，358：1218-1226. doi:10.1016/j.cej.2018.10.124

[1]	唐恒军, 邱彪, 司马卫平, 唐建. 酸改性酒糟生物炭对Cr（Ⅵ）的去除性能研究[J]. 工业水处理, 2025, 45(3): 144-151.
[2]	江惟, 蔡萧蝶, 文昕宇, 陈思莉, 王劲松, 张政科. 介孔硅/海藻酸钠复合材料的制备及其对放射性Sr²⁺的去除[J]. 工业水处理, 2025, 45(3): 90-98.
[3]	李秀玲, 宾冰, 龚盈盈, 武哲, 曾湘楚. 铁锰改性桑枝生物炭的构筑及其对水体磷的吸附[J]. 工业水处理, 2025, 45(3): 175-184.
[4]	王庆元, 张彦平, 李一兵, 李芬. 农膜-秸秆生物质炭对亚甲基蓝的吸附性能[J]. 工业水处理, 2025, 45(3): 110-120.
[5]	赵帆, 龚茜, 韩严和, 郭智, 季华, 马雪姣. EGSB-SBR-臭氧氧化组合工艺处理石化工业废水的研究[J]. 工业水处理, 2025, 45(3): 129-136.
[6]	陈亚松, 苗时雨, 张驰, 李明然, 王佳琪, 张燕羽, 姜伟. 除磷吸附材料的制备及吸附机制研究进展[J]. 工业水处理, 2025, 45(2): 1-9.
[7]	王文豪, 程业兴, 王雨银, 侯婷婷, 吴晓峰, 李玉才. 不同种类活性炭对mZVI/活性炭吸附还原Cr（Ⅵ）的影响[J]. 工业水处理, 2025, 45(2): 150-158.
[8]	刘清, 黄健滨, 李伟凡, 招国栋, 杨景景. 单宁酸复合海藻酸钠微球富集U（Ⅵ）的性能[J]. 工业水处理, 2025, 45(1): 58-65.
[9]	张伟业, 申婧, 潘子鹤, 宋一朋, 成怀刚, 张慧荣. 饱和活性炭热再生过程残余物形成及影响因素分析[J]. 工业水处理, 2025, 45(1): 17-25.
[10]	张翠红, 王靖, 王洁, 袁文蛟. 季铵盐改性二氧化硅的制备及其吸附钒（Ⅴ）的性能[J]. 工业水处理, 2025, 45(1): 104-114.
[11]	邓志华, 刘蕊, 李碧青. 不同生物炭的制备及其对重金属和抗生素的吸附性能[J]. 工业水处理, 2025, 45(1): 94-103.
[12]	郭紫瑞, 李红艳, 张峰, 崔佳丽, 杨群, 李赟. Fe₂O₃-CuO/rCG催化降解水中苯并三氮唑的效能与机理[J]. 工业水处理, 2024, 44(9): 118-126.
[13]	邓钦, 钟溢健, 李金城, 时慧慧, 韦春满, 覃佳佳. 新型除磷填料的制备及再生能力试验[J]. 工业水处理, 2024, 44(8): 140-148.
[14]	刘畅益, 田佳旺, 张浩东, 秦哲. 改性芦苇材料的吸附脱氮性能及其资源化探究[J]. 工业水处理, 2024, 44(8): 122-132.
[15]	陈文超, 李勇超, 杨昕旻, 刘佳浩, 单胜道. 多行业污泥生物炭特性及深度处理工业废水行为研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(8): 70-80.

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