【染發(fā)劑中重金屬離子的處理回收及利用研究6400字（論文）】

染發(fā)劑中重金屬離子的處理回收及利用研究摘要 摘要重金屬尤其是第一類污染物的重金屬由于其環(huán)境危害性大而越來越受到嚴(yán)格的監(jiān)控，其污染治理技術(shù)也越來越受到重視，但是傳統(tǒng)的重金屬廢水處理方法雖各有優(yōu)勢(shì)，但仍不同程度地存在投資大、產(chǎn)水水質(zhì)偏低、易產(chǎn)生二次污染等缺點(diǎn)，特別是當(dāng)廢水濃度較低時(shí)，傳統(tǒng)處理工藝在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面受到很多限制而很難做到凈化和回收兼顧，難以滿足廢水資源化的要求。而如何實(shí)現(xiàn)重金屬廢水“零”排放，實(shí)現(xiàn)重金屬的回收和廢水循環(huán)再利用等方面的資源化處理技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展的趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：染發(fā)劑；重金屬離子；處理；回收；利用1緒論1.1研究背景染發(fā)劑是一類特殊的化妝品。氧化型染發(fā)劑由于染色效果好、維持時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)而頗受消費(fèi)者青睞，成為應(yīng)用最廣泛的一類染發(fā)劑。染發(fā)劑中含有的鍋,鉛,汞,鎳,釩,砷等多種有害金屬元素及對(duì)苯二胺及其衍生物類過敏源化學(xué)物質(zhì),會(huì)引起頭皮和毛囊炎癥,導(dǎo)致毛囊萎縮,頭發(fā)由粗變細(xì),最后脫落等不良的作用,為了保護(hù)消費(fèi)者的安個(gè)健康,建立這些物質(zhì)的分離分析方法是必要的。1.2染發(fā)劑中金屬元素的消解技術(shù)化妝品現(xiàn)已成為一種生活必需品,但如果其配方中或生產(chǎn)工藝中引入過量金屬元素,將嚴(yán)重地威脅消費(fèi)者的健康凡。染發(fā)劑作為一種直接與人體毛發(fā)、皮膚接觸的化妝品,其中金屬兒索會(huì)被人體吸收累積而影響人體健康。我國化妝品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各種金屬元素有嚴(yán)格的限量要求,并制定了相應(yīng)的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法,多種分析測(cè)定方法都可以用于染發(fā)中金屬元素的含量測(cè)定。樣品的前處理過程是儀器分析工作的前`奏,尤其對(duì)于原子吸收光譜,有機(jī)基體在原子化階段產(chǎn)生的背景吸收會(huì)在一定程度上影響靈敏度,降低信噪比。染發(fā)劑樣品在測(cè)定前需進(jìn)行預(yù)處理,其目的是為了除去樣品中有機(jī)物對(duì)金屬離子測(cè)定的干擾,測(cè)得待測(cè)元素的總量,而試樣的處理是產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因一飛叫,為了準(zhǔn)確的測(cè)定試樣中微量元索,前處理技術(shù)尤為關(guān)鍵。傳統(tǒng)的樣品前處理方法主要有濕法消解和于法灰化。拍泛法消化是在樣品中加入適量的硝酸、高氯酸、硫酸等強(qiáng)氧化性酸并加熱來破壞有機(jī)物,其主要優(yōu)點(diǎn)在于適用性強(qiáng)、樣品取樣量可以較大,揮發(fā)損失或附著損失較小,操作方便、設(shè)備簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。但是在消解過程中會(huì)產(chǎn)達(dá)二大毓的有害氣體,試劑川鼠也較多,對(duì)痕量元素進(jìn)行測(cè)定時(shí),空白值偏高,完成樣品處理所需時(shí)'較長。干法灰化是將樣品放在增禍中加熱至無煙,再移入馬弗爐中高溫灼燒一,使有機(jī)物氧化分解,剩余無機(jī)物用酸溶解后測(cè)定。該法優(yōu)點(diǎn)是能取較大量的樣品供測(cè)試,方法簡(jiǎn)便,試劑污染小,空白值低。此法消化周期長,耗電多,低熔點(diǎn)組份易揮發(fā)損失,回收率較低。而且這兩種處理方法都是在敞開體系中進(jìn)行,容易引起其它元素的污染。微波消解技術(shù),是近年來新出現(xiàn)的樣品制備手段,常用的微波是頻率為電磁波,溶液中極性分子在微波的作用下快速定向排列,分子間強(qiáng)烈碰撞和相互摩擦,分子總能力增力溶液溫度升高很快達(dá)到沸點(diǎn),使樣品迅速溶解。其特點(diǎn)是保證樣屏分解完個(gè)、試樣組分損失少、溶樣時(shí)間短、試劑用量少、空白值低、操作簡(jiǎn)單、重現(xiàn)以好等。微波消解設(shè)備主要由微波爐和消解罐組成,世界上第一臺(tái)微波消解設(shè)備是由美國的公司研制的。早期的微波消解系統(tǒng)一般就是一臺(tái)經(jīng)改造的微波爐,通過改變微波爐的功率使得消解容器內(nèi)的壓力隨之發(fā)生變化。近年來,隨著對(duì)實(shí)驗(yàn)自動(dòng)化要求的不斷提高,日前生產(chǎn)的微波消解系統(tǒng)都是由微波消解器和主控計(jì)算機(jī)組成。操作者只需在消解前設(shè)定好消解條件,系統(tǒng)啟動(dòng)后,整個(gè)消解過程都是在程序的控制下完成的,大大節(jié)省了實(shí)驗(yàn)的人力。用于制造消解容器的材料應(yīng)當(dāng)是微波輻射的絕緣體,即其吸收的微波功率很小,而可以使大部分的微波輻射通過樣品,常用作消解器的材料有聚四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸醋、石英等。夏侯淪等用微波快速消化系統(tǒng)對(duì)草藥七葉一枝花進(jìn)行消解，消解完個(gè)無殘?jiān)?是種對(duì)大然植物的理想消解方式。李滿秀等采用微波催化合成萃取儀對(duì)傳統(tǒng)中藥黃茋進(jìn)行了消解,并對(duì)消解試劑、消解劑體積比、微波加熱功率等進(jìn)行了正交試驗(yàn),確定了最佳消解條件,建立了科學(xué)消解體系,方法快速、靈敏、準(zhǔn)確,具有深廣的應(yīng)用價(jià)值。王小東等采用微波消解法和濕法對(duì)菜籽和餅粕進(jìn)行處理對(duì)比,結(jié)果表明采用微波消解力一法,用進(jìn)行消解效果比較理想。朱永芳使用硝酸和過氧化氫溶液微波消解多種化妝品,對(duì)不同化妝品使用不同消解程序,結(jié)果表明該法快速簡(jiǎn)便,具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。植物染發(fā)劑提取自天然植物,屬十化妝品種類,根據(jù)文獻(xiàn)使用微波消解方式可以得到較好的消解效果,因此本試驗(yàn)選擇微波消解技術(shù)對(duì)試樣進(jìn)行前處理。2微波消解吸收染發(fā)劑中重金屬離子的方法研究2.1儀器、試劑及樣品GFH-986型石墨爐原子吸收儀;CW-lY型自動(dòng)控溫冷卻循環(huán)水裝置;NewHumanUp900純水/超純水器(北京普析通用儀器有限貢仃公司);KY1型Pb,Cd,Cu空心陰極燈(北京曙光明電子儀器了有限公司)；XT-9900型微波消解儀;60DM-1型高l-L消解罐;XT-9800型多用預(yù)處理加熱儀(上海新拓微波溶樣測(cè)試技術(shù)有限公司);AL204型電子天平(上海梅特勒一托利多儀器有限公司)；硝酸(優(yōu)級(jí)純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);高氯酸(分析純,煙臺(tái)三和化學(xué)試劑有限公司）；過氧化氫(分析純,煙臺(tái)三和化學(xué)試劑有限公司);鉛、鎘、銅單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（500μg·mL-1山東省疾病預(yù)防控制中心標(biāo)準(zhǔn)室）;高純氬氣（純度99.999%，濟(jì)南德洋特種氣體有限公司）；1%HNO3(V:V):移取濃硝酸10.0mL，加入1000mL容量瓶中定容,得到1%(V:V)稀硝酸溶液；基體改進(jìn)劑：NH4H2PO4+Mg(NO3)2稱取0.5gNH4H2PO4,0.5gMg(NO3)2溶解,定容25mL,得到濃度為20g·L-1NH4H2PO4+20g·L-1Mg(NO3)2的溶液。實(shí)驗(yàn)中所用的玻璃器均用硝酸浸泡小時(shí),然后用超純水沖洗一遍,烘干后,備用。2.2儀器工作條件表2.1石墨爐原子吸收條件元素波長/nm光譜寬帶/nm燈電流/mA負(fù)高壓/V進(jìn)樣體積拍背景方式Pb283.30.42.036110氚氣Cd228.80.42.035010氚氣Cu324.70.43.028810無表2.2石墨爐升溫程序元素溫度/°C升溫時(shí)間/s保持時(shí)間/s內(nèi)氣流量(mL·min-1)Pb801020450120102045070010104501600020180002450Cd8010104501001010450600510450190003150200012450Cu80101045010010104509005104501800030200002450表2.3微波消解程序階段壓力/MPa保持時(shí)間/s功率/W10.56060021.012080031.530010002.3樣品消化準(zhǔn)確稱取染發(fā)劑樣品0.50g(精確到0.0001g),置于聚四氟乙烯溶樣杯,按最佳消解條件加入消解液,輕輕振蕩,置于多用預(yù)處理加熱儀上預(yù)熱約30min,待劇烈反應(yīng)結(jié)束后,冷卻,置二密閉消解罐中按程序進(jìn)行微波消解。消解完畢后,加入NH4H2PO4+Mg(NO3)2基體改進(jìn)劑,定容至10mL。同時(shí)做同條件下的試劑空白。按照2.3所示儀器條件測(cè)定樣品吸光度。對(duì)于樣品吸光度較大的需要進(jìn)行適當(dāng)稀釋。2.4樣品回收利用2.4.1重金屬離子含量測(cè)定本實(shí)驗(yàn)采用火焰原子吸收光譜法(FAAS)測(cè)定了市售的8種植物染發(fā)劑中鉛、鎘、銅、鐵等重金屬元素的含量,擴(kuò)大了火焰原子吸收光譜法的應(yīng)用范圍。（1）儀器與試劑TAS-986型火焰原子吸收分光光度計(jì)(北京普析通用有限公司);Pb,Cd,Cu,Fe空心陰極燈(北京曙光明電子光源儀器有限公司);AL204型電子分析天平(梅特勒—托利多儀器(上海)有限公司);HH-6型恒溫水浴加熱器(常州國華電器有限公司);HumanUp900純水/超純水器(韓國);QZ77-10型遠(yuǎn)紅外輻射恒溫干燥箱(青島空調(diào)設(shè)備儀器廠)。高氯酸(煙臺(tái)三和化學(xué)試劑有限公司,AR級(jí));濃硝酸(煙臺(tái)三和化學(xué)試劑有限公司,AR級(jí));鉛、鎘、銅、鐵標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(山東省疾病預(yù)防控制中心標(biāo)準(zhǔn)室提供,濃度均為500μg/ml)。（2）樣品制備準(zhǔn)確稱取8種市售植物染發(fā)劑樣品各1.5000g,分別置于碘量瓶中,編號(hào)為S1～S8,加入濃硝酸和高氯酸20ml(V∶V=4∶1),同時(shí)做空白對(duì)照,室溫下放置24h。次日,放入90℃恒溫水浴加熱器中加熱約2h,至無紅棕色氣體冒出時(shí)停止加熱。冷卻至室溫后過濾并轉(zhuǎn)移至25ml容量瓶中,用超純水定容,稀釋相應(yīng)濃度后測(cè)定。（3）標(biāo)準(zhǔn)工作曲線繪制試驗(yàn)中將8種金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液稀釋,分別配制成標(biāo)準(zhǔn)系列溶液,根據(jù)儀器條件進(jìn)行測(cè)定,元素的曲線線性關(guān)系良好,標(biāo)準(zhǔn)系列溶液濃度、回歸方程和相關(guān)系數(shù)如表2。由表2可知,相關(guān)系數(shù)均大于0.9970,可以滿足和保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確度和精密度。以3倍噪聲確定方法的最低檢出限,鉛、鎘、銅及鐵的最低檢出濃度分別為0.029、0.002、0.06、0.017μg/ml。表2.1線性方程及相關(guān)系數(shù)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液各元素濃度(μg/ml)線性方程相關(guān)系數(shù)R2Pb0.001.002.003.005.00y=0.0215x–0.00120.9986Cd0.001.002.003.005.00y=0.3930x+0.00190.9970Cu0.501.001.502.003.00y=0.1501x+0.01040.9978Fe0.000.501.003.005.00y=0.0561x+0.00150.9999（4）結(jié)果與討論1.準(zhǔn)確度試驗(yàn)為了驗(yàn)證該測(cè)定方法的準(zhǔn)確度,對(duì)S1號(hào)樣品進(jìn)行了加標(biāo)回收率試驗(yàn)。準(zhǔn)確稱取兩份平行樣品,消化后,一份直接測(cè)定,一份加入適量各種元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)定。各元素的加標(biāo)回收率在95%～103%之間,說明此方法準(zhǔn)確度較好,測(cè)定結(jié)果如表3。表2.2回收率測(cè)定結(jié)果(μg/ml)元素本底值加入量測(cè)得值回收率(%)Pb0.84741.01.80996.16Cd0.10860.10.20495.4Cu0.23060.40.629299.65Fe1.29201.02.315102.32.精密度試驗(yàn)為了驗(yàn)證該測(cè)定方法的精密度,對(duì)S2號(hào)樣品進(jìn)行了重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)。準(zhǔn)確稱取3份平行樣品,按上述方法消化后分別進(jìn)行測(cè)定,求出平均值,并計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差,結(jié)果如表4。表2.3重現(xiàn)性試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果元素種類平均值（μg/g)）相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD(%)Pb3.9582.08Cd0.4542.55Cu9.281.61Fe65332.433.樣品中重金屬元素的測(cè)定結(jié)果運(yùn)用濕法消解對(duì)8種樣品進(jìn)行了處理,采用火焰原子吸收光譜法測(cè)定了樣品中鉛、鎘、銅、鐵4種金屬元素的含量,結(jié)果如表2.4。表2.4樣品中重金屬元素的含量樣品編號(hào)各元素含量(μg/g)PbCdCuFeS13.5310.4576.653630S24.1150.49910.927023S32.7500.4156.432914S44.6920.4572.424326S52.7450.3415.9811911S64.4890.4469.9466299S74.5721.2202.4703660S84.8760.4037.23734254.結(jié)論本實(shí)驗(yàn)采用火焰原子吸收光譜法測(cè)定了8種市售植物染發(fā)劑樣品中鉛、鎘、銅和鐵元素的含量,用HNO3和HClO4(V∶V=4∶1)混酸消解樣品,消解較完全。結(jié)果表明該方法的精密度、準(zhǔn)確度較高,且快速準(zhǔn)確,可以用于粉末狀植物染發(fā)劑中微量元素的連續(xù)測(cè)定。8種植物染發(fā)劑中均檢測(cè)出了鉛、鎘等重金屬元素,其中鐵的含量最高,鉛和銅的含量較高。我國化妝品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB7916-1978)中對(duì)重金屬的限量標(biāo)準(zhǔn)為鉛40mg/kg,砷10mg/kg,汞1mg/kg，但未對(duì)其他重金屬含量作出限定,8種樣品中鉛含量均未超標(biāo),銅元素含量也未超過國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T5009.13-2003)。2.4.2樣品回收利用研究目前,國內(nèi)外處理酸性廢水最常用的是石灰中和法,即向廢水中添加消石灰,使廢水pH達(dá)到5.6～6.5之間,重金屬離子以鹽、絡(luò)合物形式進(jìn)入污泥中,經(jīng)脫水、壓濾后送至填埋,濾液達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)后排放。根據(jù)硫酸生產(chǎn)車間排出的酸性廢水的特點(diǎn),酸性廢水處理采用三段處理,即一段硫化處理,二段酸性廢水處理,三段酸性廢水處理。1.一段硫化處理硫酸車間凈化工段排出的酸性廢水流入廢水貯槽,用泵提升到H2S反應(yīng)塔,進(jìn)行初步反應(yīng)后流至Na2S反應(yīng)槽,加入25%Na2S溶液,進(jìn)行充分的硫化反應(yīng),使大部分As3+變成As2S3進(jìn)入濃密機(jī)沉淀,底流用泵揚(yáng)至板框壓濾機(jī)進(jìn)行脫水后產(chǎn)生砷渣,濃密機(jī)上清液及壓濾機(jī)濾液進(jìn)入濾液貯槽。本段處理過程中產(chǎn)生的H2S需經(jīng)過H2S反應(yīng)塔及除害塔處理后,達(dá)標(biāo)排放。2.二段酸性廢水處理一段濃密機(jī)上清液及壓濾機(jī)濾液進(jìn)入濾液貯槽用泵揚(yáng)至中和槽,在中和槽內(nèi)加石灰石進(jìn)行中和,控制PH=3左右。中和后的漿液流至濃密機(jī)沉淀,底流用泵揚(yáng)至板框壓濾機(jī),漿液經(jīng)壓濾機(jī)分離后產(chǎn)生石膏渣外運(yùn)。濾液即濃密機(jī)上清液進(jìn)入酸性廢水處理調(diào)節(jié)池去繼續(xù)中和處理。3.三段酸性廢水處理由二段酸性廢水處理出來的廢水，進(jìn)行圖2.1的處理工藝流程。圖2.1染色劑重金屬廢水處理工藝流程圖3結(jié)果與討論3.1微波消解最佳條件的選擇樣品中含有大量的有機(jī)成分,這些有機(jī)成分若不能在樣品前處理階段除去,將會(huì)在原子吸收測(cè)定階段產(chǎn)生嚴(yán)重的背景干擾,降低靈敏度和信噪比。微波消解儀是以微波的方式對(duì)樣品進(jìn)行加熱,它是密閉的高壓體系,出于安全的考慮,對(duì)消解時(shí)間、壓力、酸的種類、比例、固液比以及儀器的操作條件都要進(jìn)行嚴(yán)格的控制。為了達(dá)到消解完個(gè)、省時(shí)、省力且結(jié)果準(zhǔn)確可靠的目的,應(yīng)盡量選擇最佳條件進(jìn)行樣品消解。樣品消解是在強(qiáng)氧化性酸作用下將待測(cè)組分轉(zhuǎn)化為離子形式的過程,常用的強(qiáng)氧化性酸有濃硝酸、濃硫酸、高氯酸、鹽酸、高錳酸鉀、過氧化氫等,在實(shí)際消解中既可以用單一酸,有可以使用混合酸。硫酸容易形成不溶性化合物,而且他的高沸點(diǎn)使得消解后多余的酸很難揮發(fā)除去,其粘度高會(huì)帶來一定干擾,當(dāng)濃硫酸達(dá)到沸點(diǎn)溫度時(shí)能熔化聚四氟乙烯溶樣杯,通常不單獨(dú)使用。高氯酸破壞有機(jī)物能力極強(qiáng),但是使用時(shí)具有危險(xiǎn)性,容易引起燃燒或爆炸,必要使用的時(shí)候必須先用硝酸氧化。使用濃鹽酸可能會(huì)生成氯化物,從而產(chǎn)生光譜或者蒸氣干擾,應(yīng)盡量避免單獨(dú)使用濃鹽酸。高錳酸鉀的氧化能力受介質(zhì)的酸堿性影響,其對(duì)有機(jī)物的氧化作用很復(fù)雜。過氧化氫在氧化有機(jī)物時(shí)效率較高,可以與其它酸混合使用。本文選用硝酸作為主要氧化劑,加入其他酸,考察不同消解對(duì)消解效果的影響。3.2石墨爐加熱程序的選擇石墨爐原子吸收分析過程中,石墨爐的加熱程序是一個(gè)梯度升溫的過程,溶液樣品必須經(jīng)過干燥（85-120°C）、灰化（200-1400°C）和原子化（1800-2800°C）三個(gè)階段。在原子化后加上高溫凈化和冷卻兩個(gè)階段,即構(gòu)成石墨爐原子吸收法的完整的升溫程序。（1）干燥：干燥階段要求將溫度快速升至略低于沸點(diǎn),蒸發(fā)除去溶劑,使試樣在石墨管內(nèi)壁形成一層細(xì)微的溶質(zhì)結(jié)晶,防止在灰化和原子化階段引起的試樣飛濺,再緩慢地升溫到剛好高于沸點(diǎn)并保持10~20s。（2）灰化：盡可能把樣品中的共存物質(zhì)全部除去,并保證沒有待分析元素?fù)p失。在不引起待分析元素?fù)p失的前提下,盡可能選用較高的灰化溫度和階梯升溫方式。（3）原子化：使樣品中待測(cè)元素盡可能多的變成自由狀態(tài)的原子,氣相物理化學(xué)干擾盡可能小,以測(cè)定吸光度值。（4）凈化除去殘留在石墨管中的物質(zhì),消除由此產(chǎn)生的記憶效應(yīng),所以溫度應(yīng)高于原子化時(shí)的溫度。具體的溫度變化隨測(cè)定的元素不同而不同,其中灰化溫度和原子化溫度的選擇直接影響元素的測(cè)定結(jié)果。參考文獻(xiàn)[1]朱會(huì)卷,楊艷偉,朱英.市售染發(fā)劑中32種染料的使用情況調(diào)查[J].環(huán)境與健康雜志,2010,06:513-515.[2]曾媛,趙俊學(xué),馬紅周,李菲,李小明.含重金屬離子酸洗漂洗廢水的處理與回收利用研究現(xiàn)狀[J].濕法冶金,2010,04:238-241.[3]鄒成龍,梁吉艷,姜偉,沈欣軍,孟靜.改性膨潤土吸附處理重金屬離子的研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2017,10:53-55.[4]李星彩.染發(fā)劑燙發(fā)劑中的化學(xué)成分及其對(duì)人體的危害[J].微量元素與健康研究,2006,01:47-48.[5]耿思然.染發(fā)劑的分類和發(fā)展趨勢(shì)[J].科技傳播,2016,03:101-102.[6]李學(xué)敏,王瑛,白雪松.染發(fā)劑研發(fā)進(jìn)展綜述[J].染料與染色,2016,02:17-25.[7]楊建川.劣質(zhì)染發(fā)劑含重金屬物質(zhì)損害人體健康[J].中國防偽報(bào)道,2016,06:121-122.[8]賀小瓊,陳彥紅,吳雙鳳.10種常用染發(fā)劑的致突變作用研究[J].昆明醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),2005,04:36-39.[9]劉瓘文,高希青.染發(fā)劑的市場(chǎng)與最新進(jìn)展[J].日用化學(xué)品科學(xué),2004,06:5-6+22.[10]郝學(xué)奎,李效紅.離子交換法回收重金屬離子[J].蘭州工業(yè)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào),2004,03:52-55.[11]王方.回收重金屬廢水用電去離子技術(shù)研究進(jìn)展[J].工業(yè)水處理,2008,12:1-4.[12]魏振林,芮玉奎,申琳.染發(fā)對(duì)頭發(fā)中重金屬含量的影響[J].光譜學(xué)與光譜分析,2008,09:218