茶叶渣对废水中Cu2+的吸附

王莹莹，王罕瑾，胡侠，赵业军（武汉东湖学院生命科学与化学学院，湖北武汉430212）

·科研与开发·

茶叶渣对废水中Cu2+的吸附

王莹莹，王罕瑾，胡侠，赵业军
（武汉东湖学院生命科学与化学学院，湖北武汉430212）

摘要：通过静态吸附试验，研究了茶叶渣对废水中Cu2+的吸附效果。考查了吸附时间、吸附剂用量、pH值、温度等对吸附效果的影响，并对吸附热力学进行了研究。结果表明：对50mL20mg/L的Cu2+废水处理，吸附可在90min内完成，最佳投加量为0.7g，最佳pH值为6，温度对其影响较小，较优的吸附率可达68%。茶叶渣对Cu2+的吸附符合Langmuir等温吸附模型，最大饱和吸附量为2.08mg/g。

关键词：茶叶渣；Cu2+；吸附

铜作为最常见的金属之一，其冶炼造成的水污染越来越受到重视，废水中铜的治理也成为了一项重要课题[1]。当水中铜含量达0.01mg/L时，对水体的自净功能有明显的抑制作用[2]；如果超过3.0mg/L，就会产生异味；如果超过了15mg/L，则会对人类和动物造成巨大伤害[3]。传统的含铜废水处理方法主要有化学沉淀法、离子交换法、电解法、重金属络合剂法等[4]。吸附法由于操作简单，广泛用于重金属的去除。利用农林废弃物作为吸附剂处理含重金属废水，可以实现废弃资源的有效再利用。在茶叶生产、加工和销售的过程中，每年将会产生数百万吨茶废弃物，也就是茶叶渣[5]。茶叶渣虽然是冲泡后茶叶的渣滓，但对金属离子的吸附能力并没有完全丧失，可以将其应用于废水和污水处理。本文利用茶叶渣来处理含铜废水，通过研究其吸附铜的效果，为生物吸附剂的开发提供理论依据。

1　实验部分

1.1主要仪器与试剂

五水硫酸铜、氢氧化钠、硫酸等，均为分析纯；AA7000火焰原子吸收分光光度计（北京东西）。

1.2茶叶渣的制备

取一定量市售绿茶于烧杯中，用100℃左右自来水浸泡1h，过滤，弃掉浸泡液，继续浸泡，如此反复操作，至浸泡液完全无色。之后，将茶叶渣用纯水淋洗2～3次后过滤。将过滤后的茶叶渣置于电热恒温烘干器烘干，取出碾碎，然后用30～60目筛网筛分后备用。

1.3含Cu2+模拟废水的配制

Cu2+贮备液（1g/L）的制备：称取五水硫酸铜晶体3.91g（分析纯），溶于少量水后，定容至1L。模拟废水均以标准贮备液进行稀释。

1.4吸附试验

吸取50mL含Cu2+20mg/L的模拟废水于100mL烧杯中，加入一定量的茶叶渣，用浓度为0.1mol/L的H2SO4溶液或NaOH溶液调整pH后，恒温搅拌吸附一定时间。吸附结束后过滤，按GB/T7475- 87用原子吸收分光光度法分析滤液中的Cu2+浓度，计算Cu2+去除率。

2　结果与讨论

2.1吸附时间对吸附率的影响

准确量取50mL含Cu2+20mg/L模拟废水倒入100mL烧杯，再称取0.3g茶叶渣加入其中。在室温下搅拌，分别在15、30、60、90、120、180、240min时测定其吸光度，计算吸附率，结果见图1。

图1　吸附时间的影响

由图1可以看出，吸附前15min吸附率增加很快，说明Cu2+的吸附主要在生物质的表面进行，该吸附反应是一个快速反应的过程。之后也增加，但是趋势变缓。当时间达到90 min时，吸附率为60.2%，吸附基本达到平衡。实验吸附时间设为90min。

2.2茶叶渣用量对吸附率的影响

准确量取50mL含Cu2+20mg/L模拟废水倒入100mL烧杯，分别投入0、0.1、0.3、0.5、0.7、0.9g茶叶渣。在室温下搅拌90min，测定其吸光度，计算吸附率，结果见图2。

图2　茶叶渣用量对吸附率的影响

由图2可以看出，吸附效率随着茶叶渣用量的增加而增加，且前期增加幅度较明显，待茶叶渣用量增加至0.7g时逐渐平缓。原因为吸附剂量逐渐增多时，吸附剂表面的活性基团也逐渐增多，所以吸附的Cu2+也越来越多，但达到一定程度时，吸附剂表面的Cu2+对溶液中的Cu2+产生一定排斥，所以Cu2+向吸附剂表面迁移的阻力增大。最佳吸附剂用量为0.7g。

2.3pH对吸附率的影响

准确量取50mL含Cu2+20mg/L模拟废水倒入100mL烧杯，投入0.7g茶叶渣，分别调整pH为2、4、6、8、10、12，在室温下搅拌90min，测定其吸光度，计算吸附率，结果见图3。

图3　pH对吸附率的影响

由图3可以看出，随着pH值的增加，茶叶渣对废水中Cu2+的吸附率先增大后减少。当pH=6时，吸附率最高，可达到63%左右。原因可能为pH较低时，溶液中H+的浓度较大，与Cu2+形成竞争，故pH值在2～6时，吸附率逐渐升高。pH值大于6时，H+的浓度降低，OH-的浓度升高，OH-与Cu2+反应，故吸附率降低。所以最佳pH值为6。

2.4温度对吸附率的影响

准确量取50mL含Cu2+20mg/L模拟废水倒入100mL烧杯，投入0.7g茶叶渣，分别调整温度为5、15、25、35、45℃，搅拌90min，测定其吸光度，计算吸附率，结果见图4。

图4　温度对吸附率的影响

由图4可知，随着温度的升高，Cu2+的吸附效率逐渐降低，这说明茶叶渣对Cu2+的吸附可能是放热反应，降低吸附过程的温度有利于吸附率的提高，但是温度对吸附率的影响不是很大。考虑到经济成本，吸附温度定为室温。

2.5吸附热力学

室温下，采用一系列不同浓度的50 mL Cu2+模拟废水中加入0.7g茶叶渣，进行平衡吸附实验，测定其吸光度，计算平衡浓度Ce及平衡吸附量qe，绘制吸附等温线，见图5。

图5　吸附等温线

由图6、图7、表1可知，Langmuir等温吸附模型线性相关性符合较好，相关系数大于0.98，所以用Langmuir模型来描述Cu2+在茶叶渣上的吸附行为较合适，即茶叶渣对Cu2+的吸附为单分子层吸附，从Langmuir吸附等温式的参数中可以判断出吸附过程中最大饱和吸附量为2.08mg/g。

表1　Langmuir和Freundlich模型的相关参数

图6　Langmuir吸附等温线

图7　Freundlich吸附等温线

3　结论

室温下，茶叶渣用量为0.7g，pH值为6，吸附时间为90min，对20mg/L的Cu2+吸附效果较好，吸附率可达68%。茶叶渣对Cu2+的吸附符合Langmuir等温吸附模型，属单分子层吸附，最大饱和吸附量为2.08mg/g。由此可见，茶叶渣有望作为一种廉价的吸附剂在重金属废水处理中得到应用，以达到“以废治废”的目的。

参考文献

[1]刘茉，雷兆武.乳状液膜自矿山含铜酸性废水中提取铜的研究[J].化学工程师，2005，122：6- 8.

[2]肖翠萍.铜加工厂重金属离子酸性废水治理[J].湖南冶金，2005，33（6）：42- 45.

[3]宋春丽，陈兆文.含铜废水处理技术综述[J].舰船防化，2008（2）：22- 25.

[4]雷兆武，孙颖.含铜废水处理技术现状[J].中国环境管理干部学院学报，2009，19（1）：61- 62.

[5]何猛雄，李承琳，李改仙.茶叶渣对Cu（II）的吸附研究[J].海南师范大学学报（自然科学版），2009，22（3）：283- 285.□

doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2015.05.007

中图分类号：X703

文献标识码：A

文章编号：1008- 553X（2015）05- 0024- 03

收稿日期：2015- 07- 20

基金项目：湖北省教育厅科学技术研究项目（B2014140）

作者简介：王莹莹（1983-），女，山东潍坊人，硕士，讲师，从事污水与废水处理研究工作，13429814316，wyingying1983@163.com。

Effect of Waste Tea to Adsorb Copper Ion from Wastewater

WANG Ying-ying，WANG Han-jin，HU Xia，ZHAO Ye-jun

（College of Life Science and Chemistry，Wuhan Donghu University，Wuhan 430212，China）

Abstract:By static absorption test，the adsorption ability of waste tea to copper ion from wastewater was studied. The influencing factors of contact time，adsorbent dosage，pH and temperature and adsorption thermodynamic were studied. The results indicated that equilibrium time was 90min，absorbent dosage was 0.75 g to adsorb 50mL 20mg/L 20mg/L Cu2+，the best pH was 6 and the adsorption abilitywas affected bythe temperature. The Cu2+removal rates was 68%. The Cu2+adsorption behavior ofwaste tea conformed to Langmuir adsorption equation. The maximumsaturated adsorption capacitywas 2.08mg/g.

Key words:waste tea；Cu2+；adsorption