膨潤土負載納米零價鐵去除廢水中Cd(Ⅱ)的研究

(合肥工業大學 安徽 合肥 230000)

膨潤土負載納米零價鐵去除廢水中Cd(Ⅱ)的研究

殷齊賀

(合肥工業大學安徽合肥230000)

納米零價鐵比表面積大、反應活性高，已成為研究的熱點，但納米鐵易團聚，對污染物吸附性不好的缺陷限制了其應用[1]。本研究用天然礦物膨潤土作為基質，對納米鐵進行了負載以克服其團聚，制備了膨潤土負載納米零價鐵(B-nZVI)。采用硼氫化鈉液相還原法制備膨潤土負載納米零價鐵，將其分別用于處理初質量濃度20mg/L的Cd(Ⅱ)溶液，結果顯示膨潤土負載納米零價鐵(B-nZVI)效果很好，去除率高達98%以上。批實驗結果顯示，膨潤土負載納米零價鐵對Cd(Ⅱ)的去除率與pH值、反應溫度和納米零價鐵投加量和Cd(Ⅱ)初始質量濃度有關.

含鎘廢水；膨潤土負載納米零價鐵

隨著中國的工業化腳步的加快，國內經濟已經逐漸的發展起來，伴隨著經濟的發展工業污染廢水漸漸增多起來，并且已是現階段制約經濟發展的重要因素之一，尋找出一條經濟環保的處理工業污水方法已經迫在眉睫。

20世紀初發現鎘以來，鎘的產量逐年增加.鎘廣泛應用于電鍍工業、化工業、電子業和核工業等領域[2]。鎘是煉鋅業的副產品，主要用在電池、染料或塑膠穩定劑，它比其它重金屬更容易被農作物所吸附[3]。相當數量的鎘通過廢氣、廢水、廢渣排入環境，造成污染.污染源主要是鉛鋅礦以及有色金屬冶煉、電鍍和用鎘化合物作原料或觸媒的工廠[4]。如何在經濟建設中保證對環境的污染最小化，達到經濟和環境協調發展，是重要課題。本課題研究膨潤土負載的納米鐵處理含鎘廢水，找出一條最高效的處理含鎘廢水的方法，在解決工業廢水難以處理的問題有重要意義。

膨潤土負載的納米零價鐵(B-nZVI)處理含鎘廢水有以下幾個優點：具有粒徑小、比表面積大、反應活性高以及吸附性與還原性強等特性，對重金屬離子有很強的凈化能力[5]。膨潤土負載的納米零價鐵直徑數量級只有1～100nm，比表面積大、活性點多，可以大大提高去除Cd(Ⅱ)的反應速率[6]。

一、實驗設計

本次設計，主要研究膨潤土負載納米零價鐵對含隔廢水處理的最佳投加量以及最佳PH，從而，得出最佳的膨潤土負載納米零價鐵處理含鎘廢水的方案。

(一)含鎘模擬廢水的配制

含Cd(Ⅱ)模擬廢水的配置：稱取CdCl2·2.5H2O 0.2031g，用蒸餾水溶解后，移入1000mL容量瓶中，稀釋至標線，此溶液Cd(Ⅱ)濃度為100mg/L。在此基礎上稀釋成10、20、40和50mg/L的模擬含鉻廢水。

(二)膨潤土負載納米零價鐵的復合材料的制備

將2g膨潤土加入300mL 1mol/L的NaBH4溶液中充分混合。稱取10g FeCl2·4H2O加入150mL無水乙醇和50mL超純水的混合液中，配成亞鐵溶液。用滴管將亞鐵溶液滴入膨潤土和NaBH4的混合液后放入振蕩器振蕩2h后過濾分離。分離出來的材料再用400mL無水乙醇洗凈后在50℃干燥箱中烘干待用，負載了納米零價鐵的膨潤土標記為膨潤土+納米零價鐵。

二、實驗結果

(一)膨潤土負載納米零價鐵的最佳投加量實驗

表1 膨潤土負載納米零價鐵最佳投加量的確定

圖1 膨潤土負載納米零價鐵最佳投加量

在不調節溶液pH(初始基本為6)，振蕩時間為180min，振蕩溫度為20℃的條件下，投加量對鎘去除效率的實驗結果如(表1)所示。根據(表1)繪制的(圖1)可以看出，鎘的去除效率開始隨著吸附劑投加量增加而迅速增大，當B-nZVI的投加量達到0.025g時，其吸附容量已趨于平衡，此時鎘的去除率為98.50%。

(二)初始pH對膨潤土負載納米零價鐵處理鎘的影響

從表2和圖2可以看出，pH為2～4時，鉻去除率隨著pH的升高而升高，pH為4～6時，鎘去除率基本趨于平穩，由此可得出最佳除鎘pH在6左右。因為在一定酸性范圍內，當pH值較高時，有利于重金屬離子的水解，其水解產物的親和力比重金屬離子的大，有利于鎘離子的去除。

表2 初始pH對膨潤土負載納米零價鐵的影響

圖2 初始pH對膨潤土納米零價鐵的影響

(三)膨潤土負載納米零價鐵的不同初始濃度和反應時間實驗的影響

在不調節溶液pH，振蕩溫度為20℃，B-nZVI投加量為0.2g的條件下，鎘初始濃度和反應時間對鎘去除效率的實驗結果如(表3)所示。根據(表3)繪制的(圖3)可以看出，鎘的去除效率隨著反應時間的增加而增大，這一規律在反應了60min時最為明顯，B-nZVI對初始濃度分別為10、20、40、50mg/L的含鎘廢水去除率分別為99.39%、99.68%、99.71%和99.78%，隨著鎘初始濃度的增加，B-nZVI對含鎘廢水的去除率降低。

表3 6初始濃度和反應時間對膨潤土負載納米零價鐵的影響

圖3 初始濃度和反應時間對膨潤土負載納米零價鐵的影響

三、實驗結論

1.結果表明，在一定B-nZVI投加量范圍內，鎘的去除率隨著B-nZVI投加量的增加而增大，實驗表明投加量達到0.025g后，去除率就能達到可觀的98.5%，再往后鎘的去除率基本趨于穩定;

2.結果表明，當pH較低，呈酸性時，鎘去除率較高，且基本趨于穩定；當pH為4～6時，隨pH的增大，鎘去除率減小；

3.結果表明，鎘的去除效率隨著反應時間的增加而增大，這一規律在反應了60min時最為明顯，并且隨著鉻初始濃度的增加，B-nZVI對含鎘廢水的去除率降低。

[1]程榮,王建龍,張偉賢.納米金屬鐵降解有機鹵化物的研究進展[J].化學進展,2006,18(1):93-99.

[2]高樹梅,王曉棟,秦良,等.改進液相還原法制備納米零價鐵顆粒[J].南京大學學報(自然科學),2007,43(4):359-364.

[3]歐陽鴻武,孟小杰,黃誓成,等.納米鐵及氧化鐵粉制備技術的進展粉末冶金材料科學與工程,2008,13(6):316-322.

[4]馮婧微,雷曉燕.零價鐵去除重金屬污染物的研究進展[J].現代化工,2010,30(10):36-39.

[5]張鑫.納米零價鐵去除水中重金屬離子的研究進展[J].化學研究,2010,21(3):97-100.

殷齊賀(1992.10-),男，漢族，安徽省淮南市，合肥工業大學，碩士在讀，研究方向：水環境防治。