一種新型吸附劑處理廢水中鎘離子的研究*

陳國苗，孫璐璐，羅 藝，戚小菲，何光洪

(臺州學院 醫藥化工學院，浙江 臺州 318000)

鎘是對生物和環境具有毒害作用的一種重金屬，隨著采礦、冶煉等工業的發展，鎘污染日益引起重視[1]。在人類生存環境日趨惡化的當今，新型環境功能材料的合理開發和有效利用尤為緊迫。在治理重金屬離子污染方面黏土礦物取得了很好的效果，有望成為廉價高效的新型吸附劑[2]。凹凸棒土(AG)具有獨特的纖維結構和層鏈狀晶體結構賦予其很大的比表面積，使其有很良好的吸附性能，因此，將AG作為重金屬離子吸附劑的研究已有報道[3-6]。聚合氯化鋁(PAC)是一種成熟的絮凝劑，制造工藝簡單，能較強的去除水體中的重金屬[7]，但絮凝效果差及水中Al3+含量高等缺點制約了PAC的應用[8]。

作者以PAC改性AG制得了一種新型吸附劑APAC，將其用于處理模擬廢水中的鎘離子。研究了改性前后AG的吸附效果、AG酸化改性的鹽酸濃度、PAC與酸化AG的配比、吸附劑用量、吸附時間等影響因素，在優化的工藝條件下，實現了廢水中鎘離子的有效去除。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

聚合氯化鋁：工業級，鞏義市怡清凈水材料有限公司；凹凸棒黏土：工業級，明光市飛龍凹凸棒黏土有限公司；鹽酸：分析純，上海三鷹化學試劑公司；硝酸鎘：分析純，上海金山亭新化工試劑廠；氫氧化鈉：分析純，無錫市展望化工試劑公司。

Aanalyst 800原子吸收光譜儀：美國Perkin Elmer儀器有限公司；Nicolet 5700紅外光譜儀：美國Thermo Nicolet公司；YFX5/13Q-YC馬弗爐：上海意豐電爐有限公司；TG16-WS臺式高速離心機：湖南長沙湘儀離心機儀器有限公司；D2F-6021型恒溫干燥箱：寧波江南儀器廠。

1.2 實驗過程

1.2.1 AG的酸化

將AG分別與濃度為0.5、1.0、1.5 mol/L鹽酸都按液固比為2∶1混合，在常溫下磁力攪拌一定時間，然后加入等量的去離子水，放入離心機中固液分離，去掉上層清夜，重復3次；最后固相干燥，研磨得到酸化凹土。

1.2.2 PAC改性酸化AG制備APAC

按預定的鋁土配比，稱取一定量的酸化AG和PAC于200 mL燒杯中，再加入150 mL蒸餾水，常溫攪拌1h，離心，洗滌，固相放入馬沸爐中在500 ℃焙燒1 h，經研磨后制得吸附劑APAC。

2 結果與討論

2.1 APAC的紅外表征

制備得到的吸附劑APAC的紅外光譜見圖1。

σ/cm-1圖1 APAC的紅外光譜圖

1 641 cm-1處的吸收峰是PAC的特征吸收峰，而在圖1中可以看出該峰發生紅移至1 632.4 cm-1，這可能與AG的引入有關；而在1 034.1 cm-1處的吸收峰則可能是Al—OH、Mg—OH中的彎曲振動所致。由此推斷，制得的吸附劑APAC是一種具有特殊結構的無機高分子。

2.2 改性前后AG對鎘離子去除率的影響

分別取0.5 g純AG、酸化AG及APAC置于60 mL帶蓋離心管中，加入20 mL用七水硫酸鎘配制的50 mg/L濃度的含Cd2+模擬廢水。常溫下，在振動器上震蕩2 h，離心分離，用原子吸收光譜儀測定殘留液中ρ(Cd2+)，計算得到Cd2+的去除率見表1。

表1 改性前后AG對鎘離子去附率的影響

由表1可見，經聚合氯化鋁改性的APAC對鎘離子吸附效果最佳。

2.3 不同鹽酸酸化濃度制得的APAC對鎘離子去除率的影響

取0.5 g分別經0、0.5、1、1.5 mol/L鹽酸酸化的AG與PAC改性制得的APAC置于60 mL帶蓋離心管中，加入20 mL用七水硫酸鎘配制的50 mg/L的含Cd2+模擬廢水。常溫下，在振動器上震蕩2 h，離心分離，用原子吸收光譜儀測定殘留液中ρ(Cd2+)，計算得到Cd2+的去除率見圖2。

由圖2可見，c(鹽酸)=0～1.0 mol/L時，鎘離子去除率與c(鹽酸)成正比；當c(鹽酸)>1.0 mol/L時，去除率下降。因此，AG酸化的最佳c(鹽酸)=1.0 mol/L。

c(鹽酸)/(mol·L-1)圖2 不同c(鹽酸)對Cd2+去除率的影響

2.4 m(PAC)∶m(酸化AG)對鎘離子去除率的影響

取0.5 g分別按m(酸化AG)∶m(PAC)為0.5∶1，0.7∶1，1∶1，1.5∶1改性制備得到的APAC置于60 mL帶蓋離心管中，加入20 mL用七水硫酸鎘配制的50 mg/L的含Cd2+模擬廢水。常溫下，在振動器上震蕩2 h，離心分離，用原子吸收光譜儀測定殘留液中ρ(Cd2+)，計算得到Cd2+的去除率見圖3。

m(酸化AG)∶m(PAC)圖3 m(酸化AG)∶m(PAC)比對Cd2+的去除率的影響

由圖3可見，m(酸化AG)∶m(PAC)<1∶1時，去除率隨酸化AG增加逐漸增加，m(酸化AG)∶m(PAC)>1∶1時，去除率隨酸化AG增加逐漸降低，因此最佳土鋁比應為1∶1 。

2.5 APAC加入量對鎘離子去除率的影響

取不同質量的APAC置于60 mL帶蓋離心管中，加入20 mL用七水硫酸鎘配制的50 mg/L的含Cd2+模擬廢水。常溫下，在振動器上震蕩2 h，離心分離，用原子吸收光譜儀測定殘留液中ρ(Cd2+)，計算得到Cd2+的去除率見圖4。

由圖4可見，隨著APAC加入量的增加，APAC對Cd2+的吸附率也增加，當APAC加入量達到0.5 g后，去除率變緩，因此，在鎘離子量一定條件下，選擇加入APAC量為0.5 g。

m(吸附劑)/g圖4 APAC加入量對吸附率的影響

2.6 吸附時間對鎘離子去除率的影響

取0.5 g APAC置于60 mL帶蓋離心管中，加入20 mL用七水硫酸鎘配制的50 mg/L的含Cd2+模擬廢水。常溫下，在振動器上震蕩不同時間，離心分離，用原子吸收光譜儀測定殘留液中ρ(Cd2+)，計算得到Cd2+的去除率見圖5。

t/h圖5 吸附時間對吸附率的影響

由圖5可見，隨著吸附時間增大，鎘離子率增加，最后趨于飽和。因此，選擇吸附時間為2 h。

3 結 論

以聚合氯化鋁改性鹽酸酸化的凹凸棒土，制備得到了一種新型吸附劑APAC，通過紅外光譜進行了確認，該吸附劑兼具PAC與AG的吸附優點。通過實驗研究了其對模擬廢水中鎘離子的吸附效果，結果吸附性能良好，均比PAC和AG對鎘離子的去除率高。同時，研究了相關影響因素，得出了優化的工藝參數，對工業上處理廢水中的鎘離子提供了理論基礎和應用價值。

參 考 文 獻：

[1] 陳懷滿．土壤-植物系統中的重金屬污染[M]．北京：科學出版社，1996：71-81．

[2] 劉王君，秦 善．層狀硅酸鹽礦物對重金屬污染的防治[J]．巖石礦物學雜志，2001，20 (4)：461-466．

[3] 王紅艷，張艷，周守勇．硫酸改性凹凸棒黏土的性能表征及吸附PbⅡ工藝研究[J]．淮陰師范學院學報，2005，4(1)：47-50．

[4] POTGIETER J H，POTGIETER-VERMAAK S S，KALIBAN-TONGA P D．Heavy metals removal from solution by palygorskite clay [J]．Minerals Engineering，2006，19：463-470．

[5] 王紅艷，張莉莉，張 艷，等．酸處理對凹凸棒石黏土表面及其吸附Hg(II)的影響[J]．應用化工，2005，34 (2)：94-96．

[6] 胡振琪，楊秀紅，高愛林．黏土礦物對重金屬鎘的吸附研究[J]．金屬礦山，2004，336：53-55．

[7] 馮銀廠，吳建會，朱垣，等．濟南市環境空氣中TSP和PM10來源解析研究[J]．環境科學研究，2004，17 (2)：1-5．

[8] 國家環境保護總局《空氣和廢氣監測分析方法》編委會．空氣和廢氣監測分析方法：4版[M]．北京：中國環境科學出版社，2003．413．