李嘉

摘要：將廢棄雞蛋殼除去雞蛋膜之后研磨制成簡易的濾芯，通過用自制的過濾裝置處理含銅、含鐵和含鉛廢水，借助色度傳感器測量濾液中的Cu2+濃度和對濾液中Fe3+和Pb2+簡單定性實驗之后發(fā)現(xiàn)，結(jié)果雞蛋殼對重金屬離子有良好的去除效果。

關(guān)鍵詞：色度傳感器；雞蛋殼；過濾

文章編號：1008-0546（2017）02-0093-02 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.02.031

一、問題的提出

隨著近年來環(huán)保意識的不斷增加，人們開始越來越重視資源的回收再利用，例如用廢棄的食用油來做肥皂，廢玻璃鋪馬路等。雞蛋可以說是人們?nèi)粘２妥郎媳夭豢缮俚囊粯邮澄?，因此雞蛋殼的廢棄量也是相當(dāng)驚人的。筆者在自己的學(xué)校食堂調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，學(xué)校日均消耗的雞蛋數(shù)量過千的，如果能充分利用起來實現(xiàn)資源的二次利用的話，就可以有效減少廚余垃圾。雞蛋殼的主要成分是大量的CaCO3，少量的Ca3（PO4）2和有機(jī)鈣組成，此外筆者在查詢文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)工業(yè)中常常利用石灰?guī)r來處理含重金屬離子的廢水。[1]因此筆者希望利用雞蛋殼制作出簡易濾芯，用自己設(shè)計的簡易過濾器處理含有Cu2+、Pb2+和Fe3+的廢水， 并利用色度傳感器測定處理水樣中的Cu2+的濃度， 對Pb2+和Fe3+進(jìn)行定性探究推算大致濃度， 以此判斷雞蛋殼是否能有效去除水樣中的重金屬離子。

二、實驗原理

色度傳感器是一種測量某種波長的光穿過溶液時，溶液的透光率的儀器。 它是通過測光的吸收比例來測量溶液的濃度。在一定的濃度范圍之內(nèi)，吸光度A與濃度c呈線性關(guān)系，即根據(jù)朗伯比爾定律有如下關(guān)系：A=lg（1/T）=Kc，式中T為透光率，K為常數(shù)，它與溶液的性質(zhì)和溶液有關(guān)，c為溶液的濃度，單位為mol/L。因此通過測定標(biāo)準(zhǔn)溶液的透光率，經(jīng)過換算，做出吸光度-濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線。對于未知溶液的濃度只要測定其吸光度即可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線求出該溶液的濃度。

利用Cu2+可以和NH3·H2O反應(yīng)生成藍(lán)色的

[Cu（NH3）4]2+，其吸光度與Cu2+離子的濃度成正比，因此先測定各標(biāo)準(zhǔn)溶液的透光率再用朗伯比爾定律作出吸光度-濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線，再測定待測溶液的透光率，從而求出水樣中Cu2+的濃度。

Fe3+可以和KSCN反應(yīng)形成深紅色的[Fe（SCN）]2+，筆者在日常實驗中發(fā)現(xiàn)其對Fe3+檢出極限約為2.00×10-5mol/L。

三、實驗裝置

取兩個50mL的針筒，其中一個做如下處理，先將活塞推動到40mL處，同時在針筒的底部和活塞推桿上打孔，完成后繼續(xù)推動活塞至30mL、20mL、10mL處并分別在活塞的推桿上打孔，將針筒如下圖所示組成即完成簡易過濾器的制作。

四、實驗探究過程以及數(shù)據(jù)分析

1.簡易濾芯的制作

取兩個廢棄的雞蛋殼，往殼內(nèi)加入4mol/L NaOH溶液，然后靜置72小時，使蛋膜徹底被溶解。將去掉蛋膜的蛋殼取出并洗滌，烘干之后，稱重（4.804g），用研缽將蛋殼充分研磨， 使蛋殼的顆粒盡可能的細(xì)小，再將研磨過的蛋殼放入針筒中并用推桿充分壓實，即完成簡易濾芯的制作。

2. 含銅廢水的過濾

將0.01mol/L的CuSO4視為含銅廢水，取下簡易過濾器上方的50mL的針筒吸取0.01mol/L的CuSO4溶液50mL，并組裝好裝置。依次推動拉桿從50mL到40mL處，用固定桿固定活塞和針筒，加壓使含銅廢水通過簡易濾芯流入到小燒杯中，待液體流出的速度變慢之后再依次推動活塞到至30mL、20mL、10mL處并依次固定，加壓使含銅廢水通過簡易濾芯流入到小燒杯中。用移液管轉(zhuǎn)移20mL濾液至25mL的容量瓶中，再分別加入3mL的濃氨水， 再用蒸餾水定容之后，標(biāo)記為待測溶液以備用。

3. Cu2+標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

用酸式滴定管往標(biāo)記為1-4號25mL容量瓶中分別按照表1中的劑量加入適量的0.01mol/L CuSO4，再分別加入3mL的濃氨水，再用蒸餾水定容之后，混合均勻以備用。

（4）簡易濾芯對含銅廢水中Cu2+的去除率

將數(shù)據(jù)采集器連接到電腦、色度傳感器連接到數(shù)據(jù)采集器的端口上，啟動數(shù)據(jù)采集器，打開數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室軟件每分鐘采集一次數(shù)據(jù)形式。選擇黃色濾光片，將裝有蒸餾水的比色皿放入色度計傳感器中，蓋上蓋子，開始采集數(shù)據(jù)，校正數(shù)據(jù)采集器的示數(shù)為100%。依次將標(biāo)準(zhǔn)溶液和待測溶液倒入比色皿放入色度傳感器中采集相應(yīng)的吸光度數(shù)據(jù)。

利用Excel繪制lg（1/T）-c曲線即標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖2，并得到相應(yīng)的線性直線方程A=60.25x+0.027，依次推算出處理過的水樣中Cu2+濃度為2.95×10-3mol/L，即簡易濾芯對含銅廢水中Cu2+的去除率為70.5%。

（5）自制濾芯對含F(xiàn)e3+和Pb2+的定性探究

如上述步驟，分別用自制濾芯處理含鐵廢水

（0.01mol/L Fe（NO3）3）和含鉛（200mg/L的Pb（NO3）2）廢水， 依次往濾液中滴加1mol/L的KSCN和1mol/L的Na2S、1mol/L的KI溶液。其效果如下表所示：

五、結(jié)果與討論

用廢棄雞蛋殼制作出的濾芯能夠有效去除水樣中的Cu2+、Fe3+、Pb2+，其中從表3可知對Fe3+、Pb2+離子去除效果應(yīng)該更佳，根據(jù)KSCN的檢測極限（低于2.00×10-5mol/L幾乎無色）和PbI的溶度積（20℃，Ksp=7.10×10-9mol/L）推測去除率應(yīng)該在95%以上，將雞蛋殼作為濾芯能有效去除對人體有害的重金屬離子，因此不僅在實驗室或者家庭應(yīng)用上都有良好的實用性和發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 刑銘.石灰?guī)r去除污水中Pb2+、Cd2+的研究[D].中山大學(xué)，2007：5